碱土金属驱动的结构演变及掺铜磷酸锌抗菌玻璃的溶解行为

《Journal of the American Ceramic Society》：Alkaline earth-driven structural evolution and dissolution behavior of Cu-doped zinc polyphosphate antibacterial glasses

Cu掺杂锌磷酸玻璃中碱土金属氧化物对溶解行为与抗菌性能的影响研究表明，随着离子场强度降低（Mg2?→Ba2?），玻璃结构解聚程度减弱，表面致密化现象显著，BaO掺杂玻璃在73天水浸后仍保持异常高的水稳定性，且呈现选择性溶解特征，其表面形成的纳米致密层可能阻碍Cu2?/Zn2?离子释放，从而调控抗菌活性。

　　

摘要

由于Cu²?/Zn²?离子的溶解控制释放作用能够使细菌蛋白质失活，掺铜的磷酸锌玻璃表现出广谱抗菌活性。然而，碱土氧化物（AE）对掺铜磷酸锌玻璃的溶解行为和抗菌效果的影响机制尚未得到充分理解。因此，本研究采用传统的熔融淬火方法制备了摩尔组成为45P₂O₅–45ZnO–10AE（AE = MgO、CaO、SrO或BaO）且掺有2% CuO的玻璃。随着离子场强度从Mg²?降低到Ba²?，磷-氧网络发生解聚，导致玻璃的耐水性提高，但2小时后的抗菌活性降低。耐水性的提高可归因于碱土氧化物引入后形成的更多交联结构以及Zn-O配位结构的稳定性增强（通过EXAFS分析验证），这些因素减少了Cu²?/Zn²?离子的释放。与其他玻璃均匀的溶解行为不同，含有BaO的玻璃在浸水73天后表现出选择性溶解现象，并且具有异常高的耐水性。FE-SEM观察发现，这一现象伴随着玻璃表面形成一层致密、薄的薄膜，这种现象在可溶性磷酸盐玻璃中极为罕见。