陈天宇

（浙江农林大学光机电工程学院，浙江 杭州 311300）

0 引言

随着科技的快速发展，作为新型材料，纳米材料在医药、工业、农业等许多方面都有着非常广泛的应用[1-2]。在医疗方面，纳米材料可以用作抗菌材料；在化学方面，纳米材料可以用作催化剂材料等等[3]。纳米材料在信息存储、光子学、感应器、成像等领域也有着广泛的应用[4-6]。金属纳米材料有着独特的物理和化学性能，它的制备与研究得到了各个国家科学家的广泛关注，有关金属纳米材料的制备以及金属纳米技术的应用也慢慢成为研究的热点之一[5]。

纳米银是一种比较特殊的金属银，有着比较特殊的形态，其内部的金属银颗粒粒径在1 nm~100 nm之间。由于其颗粒极其微小达到了纳米级别，有着比较大的比表面积，所以有着非常明显的量子隧道效应、表面效应、量子尺寸效应，这使得纳米银颗粒具有比较强的活性和渗透性，其拥有的杀菌能力是普通银颗粒的数百倍。纳米级别的银颗粒有着表面电子特性，它可以与细菌的蛋白质分子上的疏基、胺基等吸电子基团形成配体，从而进一步增强抗菌效果。随着抗生素的细菌耐药性日益强大，纳米银在消毒杀菌领域的研究和应用也越来越被广泛关注。纳米银可以作为抗菌剂的机理：首先，由于纳米银颗粒的构造单元标准在微观物质和微观原子与分子之间，所以纳米银颗粒有着特别的外表效应、量子标准效应、小标准效应和微观量子地道效应，能够轻而易举地进入病原体里面使病原体死亡；其次，纳米银颗粒标准小，但其外表所占的体积百分数大，外表的键态和电子态与颗粒内部完全不一样，外表原子配位不全等致使外表的活性方位增加，具有了作为抗菌剂的基本条件；最后，其具有很强的穿透力，能全面充分触摸并进犯病原体，然后表现出非常强大的生物效应，具有很高的安全性。

纳米银粒子的制备方法有许多种，如化学还原法、热分解法、生物化学法和电化学法等[6-9]。化学还原法制备纳米银粉是一种最简单且非常有效的方法，用来还原硝酸银的还原剂有葡萄糖、柠檬酸三钠、乙二醇等，这些都可用来还原硝酸银以制备纳米银粒子[10]。但制备纳米银粒子有几个普遍存在的问题：用化学还原法制备的纳米银粒子非常容易发生团聚，形貌大部分不规则，粒径分布也非常广泛。

本文以葡萄糖作为还原剂还原硝酸银，采用海藻酸钠作分散保护剂制备纳米银粒子。实验结果表明：该方法能有效控制纳米银粒子团聚，增强纳米银粒子的稳定性，是纳米粉体制备中有效解决纳米粒子团聚的可靠方法，可制得粒径分布范围窄（平均粒径大小为20 nm）、分散性好、纯相立方晶系的球形纳米银微粒，并且有着超强的活性及渗透性。纳米银粒子制备的抗菌剂在农业方面的杀菌功能与效果是非常明显和肯定的，作为新型抗菌剂，纳米银具有强大的抑菌杀菌作用，在农作物消毒杀菌应用领域正得到越来越多的关注。

1 材料和实验

1.1 实验试剂

葡萄糖，硝酸银，海藻酸钠（均为分析纯，购于上海麦克林生化科技有限公司）；实验中使用的水为去离子水。

1.2 纳米银微粒的制备

称取一定量的海藻酸钠在40 ℃的环境下搅拌，使其溶解在50 mL 的去离子水中，得到海藻酸钠溶液。称取一定量的硝酸银溶液，慢慢滴加到海藻酸钠溶液中，然后加入一定浓度的葡萄糖溶液。在75 ℃的条件下反应3 h，然后使用高速离心机进行高速离心分离。55 ℃的环境下干燥12 h，最后得到以海藻酸钠作为保护剂的纳米银粉末。

1.3 表征方法

采用X 射线衍射仪；采用JEOL JEM-2100F 场发射透射电子显微镜来表征其形貌。

2 结果与讨论

2.1 纳米银粒子的TEM图谱分析

所制备的纳米银粒子图像如图1 所示。用海藻酸钠作为保护剂所制备的纳米银粒子为球状，分散性良好。虽然有一些形状不规则的纳米银粒子，但大部分都是球状的，且粒子的粒径大部分都小于25 nm，分布在15 nm~25 nm 之间。不加保护剂时制备的纳米银粒子的TEM 图如图2 所示，可见在无海藻酸钠作为保护剂的情况下，生成的纳米银粒子会全部团聚在一起。

图1 不同放大倍数的纳米银粒子TEM图

图2 不加保护剂的纳米银粒子TEM图

2.2 纳米银粒子的XRD图谱分析

纳米银粒子的XRD 图如图3 所示，从图3 可以看出，在2θ 分别为38°、44°、64°、77°时有4 个明显的衍射峰，各峰值与标准卡片卡上数据一致，分别对应面心立方晶系（fcc）单质银（111）、（200）、（220）、（311）晶面的衍射。

图3 纳米银粒子的XRD 图

3 结论与应用

1）采用葡萄糖还原硝酸银，以海藻酸钠作为保护剂可以避免纳米银粒子的团聚效应。纳米银粒子的粒径大小基本为20 nm 左右，在海藻酸钠的保护作用下大幅度降低了纳米银粒子间的碰撞，很好地控制了纳米银粒子粒径的大小和形状，可良好地应用于抗菌剂的制备。以纳米银微粒制备的溶液在农业种植方面可以更好地预防和杀灭有害病毒、细菌及真菌，从而为农作物创造更好的生存环境，增强农作物的生长力，提高农产品的质量，保护环境和人类健康。并且以纳米银微粒制备的溶液非常适用于经济作物，也可应用于所有的农作物，例如农作物（蔬菜）、工业植物（胡椒、可可、茶、甘蔗）、粮食作物（玉米）、观赏植物（花卉、盆栽）等。

2）以纳米银微粒制备的溶液在农业种植方面有以下优势：①土壤杀菌。土壤中含有大量的霉菌、真菌孢子、线虫或其他有害生物，它们会影响植物的生长，尤其是在种子发芽、茎叶繁殖以及幼芽移植期间。种植前，在土壤中喷洒纳米银溶液可以快速杀灭土壤中的病原体。②种子培育。播种前将种子浸泡在纳米银溶液中，可以杀灭种子携带的真菌，提高发芽率，并减少芽苗中霉菌的生长。植物还可以从土壤中吸收微小的银颗粒，从而对土壤病原体产生抵抗力，使植物的叶子更绿、根茎更壮、生长得更茂盛。③防止根腐病。根腐病是会杀灭植物的常见植物病，症状出现在土壤下面的根系，然后导致叶片发黄。使用纳米银溶液可以杀灭土壤中的真菌，有效防止根腐病，提高植物的存活率。在植物茎叶表面喷洒少量的纳米银溶液可以防止真菌、细菌和病毒在其表面繁殖。④代替乙烯。纳米银溶液还具有保鲜作用，直接在花的表面喷洒纳米银溶液，或将鲜花插入添加了纳米银溶液的水中，可以长时间保持花的新鲜度；也可以用于治疗植物的局部真菌感染，使植物生长得更茂盛。

3）纳米银属于非抗菌素杀菌剂，以纳米银颗粒制备的抗菌剂可以杀灭各种致病微生物，比抗菌素更有效，10 nm 左右的纳米银颗粒因其独特的抗菌机理可以非常高效地直接杀死细菌，使细菌失去繁殖能力，无法繁殖出有耐药性的后代，有效避免了因细菌产生抗药性而导致病害反复发作。可见，以纳米银粒子制备的抗菌剂有着非常高效的抗菌、杀菌作用，并且有着广谱抗菌活性，安全性高，无耐药性。