原始状态和经过伽马射线辐照的聚碳酸酯板材的抗菌性能

《Next Materials》：Antimicrobial properties of pristine and gamma irradiated polycarbonate sheets

研究γ辐照（5-60 kGy）对聚碳酸酯（PC）片的物理化学性质及抗菌性能的影响。通过XRD、UV-Vis、FTIR、Raman等表征技术发现，辐照导致结晶度变化、光学带隙降低（3.14 eV至2.80 eV）和表面疏水性增强（接触角从70.15°增至84.5°）。SEM显示60 kGy辐照PC片形成微裂纹，抑制铜绿假单胞菌91.57%和念珠菌96.93%生物膜形成，且L929细胞毒性测试表明其生物相容性良好。

　　### 研究概述

本研究探讨了聚碳酸酯（PC）板材在原始状态与经过伽马辐射后的抗菌性能。通过不同剂量（5–60 kGy）的伽马辐射处理，研究了其对Candida albicans（白念珠菌）和Pseudomonas aeruginosa（铜绿假单胞菌）的抑制效果。研究还对辐射后的PC样品进行了多种表征手段，包括紫外可见光谱（UV-Vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）以及接触角测量，以评估其物理、光学和表面形态特性。通过这些分析，研究确认了辐射引起的表面变化对抑制微生物生长的积极作用，并且证明了辐射后的PC材料在医疗设备中的生物相容性。

### 抗菌性能与表面变化

研究发现，经过伽马辐射处理的PC材料表现出比原始材料更强的抗菌能力。这一现象归因于辐射引起的表面变化，包括链断裂、局部有序性增强以及表面疏水性的改变。在伽马辐射作用下，PC材料的表面形成了微小的裂纹和孔洞，这些结构变化可能通过静电排斥或酸碱相互作用影响微生物的附着和生长。SEM图像进一步显示，经过60 kGy剂量的辐射后，PC表面的生物膜形成显著减少，表明其具有良好的抗菌性能。

此外，接触角的增加也表明，PC材料在伽马辐射后变得更加疏水。这种变化可能与表面粗糙度和分子链断裂有关，这些因素共同作用，减少了液体在材料表面的扩散能力，从而抑制了微生物的附着和生长。这些发现表明，伽马辐射可以有效地改变PC材料的表面性质，使其在抗菌方面具有潜在的应用价值。

### 表征技术的应用

为了全面理解伽马辐射对PC材料的影响，研究采用了多种表征技术。XRD分析显示，随着辐射剂量的增加，PC材料的结晶度和微应变有所变化，表明辐射引起了分子结构的重新排列。通过计算晶粒尺寸和晶面间距，研究人员进一步分析了这些结构变化对材料性能的影响。

UV-Vis光谱分析揭示了PC材料的光学带隙显著降低，从3.14 eV减少到2.80 eV。这一变化可能与辐射引起的分子链断裂和电子态的改变有关。FTIR和拉曼光谱分析则显示了不同波数下的吸收峰强度变化，这些变化反映了材料的化学结构变化。例如，1760 cm?1处的C=O伸缩峰和800 cm?1处的C=O弯曲峰的强度降低，表明这些键的断裂。同时，新的吸收峰出现在1300–1325 cm?1范围内，可能与表面形成的羟基或自由基有关。

接触角测量进一步支持了上述结论，表明经过辐射处理的PC材料具有更高的疏水性。通过计算粘附功、粗糙度和液固界面面积，研究人员发现这些表面参数的变化与材料的疏水性增强密切相关。这些表征结果不仅揭示了伽马辐射对PC材料的影响，还为后续的抗菌性能研究提供了理论依据。

### 生物膜形成与抗菌机制

研究还通过生物膜形成实验验证了PC材料的抗菌性能。实验结果显示，经过60 kGy剂量的伽马辐射后，Candida albicans和Pseudomonas aeruginosa的生物膜形成受到显著抑制。这一现象可能与材料表面的疏水性增强和结构变化有关。疏水性表面不利于微生物的附着，而结构变化可能破坏了微生物的生长环境。

在SEM图像中，可以看到经过辐射处理的PC材料表面出现裂纹和孔洞，这些结构变化可能通过物理机制阻止微生物的附着和繁殖。此外，纳米孔的形成可能增强了材料的表面粗糙度，进一步影响了微生物的生长行为。通过这些图像，研究人员确认了伽马辐射对PC材料抗菌性能的增强作用。

### 生物相容性评估

为了确保辐射后的PC材料适用于医疗设备，研究还进行了细胞毒性实验。使用L929细胞系，研究人员评估了辐射后材料的生物相容性。实验结果表明，所有处理过的PC材料均表现出良好的生物相容性，细胞存活率超过80%。这一结果表明，辐射后的PC材料不仅具有抗菌性能，还能够与人体细胞良好兼容，适合用于医疗设备的制造。

细胞毒性实验采用MTT法，通过测量细胞的代谢活性来评估材料对细胞的影响。实验结果显示，即使在高剂量伽马辐射下，PC材料仍然保持了其生物相容性，这为其在医疗领域的应用提供了有力支持。此外，研究还提到，未来的进一步研究可以探讨这些材料对细胞粘附、增殖、形态和线粒体活性的影响，以全面评估其生物相容性。

### 结论与展望

本研究的结果表明，伽马辐射可以有效改变PC材料的表面性质，从而增强其抗菌性能。通过XRD、UV-Vis、FTIR、拉曼光谱和接触角测量等手段，研究人员确认了辐射引起的结构变化与表面疏水性的关系。同时，SEM图像和生物膜形成实验进一步验证了这些变化对微生物生长的抑制作用。细胞毒性实验则确保了辐射后的PC材料在医疗设备中的安全性。

这些发现不仅为PC材料在抗菌领域的应用提供了理论支持，还为其在医疗设备制造中的实际应用提供了依据。未来的研究可以进一步探讨这些材料对细胞行为的影响，以及其在不同医疗场景中的适用性。此外，可以考虑与其他材料或表面处理技术结合，以进一步提升其抗菌性能和生物相容性。本研究为理解伽马辐射对聚合物材料的影响提供了新的视角，并为开发新型抗菌材料奠定了基础。