摘要：" 针对木材易受真菌侵蚀导致劣化的问题，本研究以载银纳米二氧化钛为环保型防腐剂，系统评价其对木材常见腐朽菌种黑曲霉、桔青霉、白腐菌和密粘褶菌的抑菌性能。通过牛津杯抑菌圈试验分析不同浓度改性剂的抑菌效果，结合扫描电镜和傅立叶红外光谱表征材料特性，并探讨其抑菌机理。结果表明：载银纳米二氧化钛浓度与抑菌效果呈正相关，浓度为0.1%时综合抑菌性能最优，对密粘褶菌、白腐菌和黑曲霉的抑菌率均达85%以上，且抑菌圈直径最大（27.13 mm）；0.2%浓度虽实现完全抑制，但抑菌效率趋于饱和。
关键词：" 纳米二氧化钛；" 纳米银；" 木材保护；" 抗菌性能
中图分类号：" "S 782. 3， TB 33" " " " " " " "文献标识码：" "A" " " " " " " " 文章编号：１００1 － 9499（２０25）02 － 0070 － 05
Study on the Antimicrobial Properties of Wood Modified with Silver-Loaded Nano-TiO2 Against Common Fungal Species
ZHANG Qian LV Lei ** ZHOU Yafei SHI Lancui ZHANG Ye
（Heilongjiang Timber Science Research Institute，" Heilongjiang Harbin 150081）
Abstract Wood， as a commonly used natural material， is severely threatened by biodegradation in various applications， with wood decay fungi being one of the primary degrading factors. To enhance the woods resistance to decay and extend its lifespan， this study employed silver-loaded nano-TiO2 （Ag-TiO2） to modify the surface of the wood and evaluated its inhibitory effects against several common wood fungal species. By embedding nanosilver， it is anticipated that the Ag-TiO2 composite material will not only utilize the photocatalytic properties of TiO2 but also leverage the antimicrobial properties of silver ions to enhance the antimicrobial effect on wood. Compared to organic antimicrobial agents， inorganic agents offer broad applicability and long-lasting antimicrobial effects， and combining different inorganic agents can meet market demands for low cost and effective antimicrobial properties. Additionally， the scale and dispersibility of inorganic antimicrobial agents in materials also determine their antimicrobial efficacy. Therefore， the preparation of inorganic antimicrobial materials with small particle size， good dispersibility， and low cost is a key scientific issue for their wide application[ 1 ].
Key words nano-TiO2; nano-silver; wood preservation; antimicrobial properties
木材因其特有的美观和自然特性，广泛应用于建筑、家具及其他领域。然而，木材容易受到微生物的侵袭，尤其是真菌的影响。木材作为天然可再生资源，主要由纤维素、半纤维素、木质素和抽提物组成。因其易加工、高强重比、自然美观、保温隔热和健康环保等[ 2 - 6 ]，被广泛用于家具、建筑、装饰、纸张、乐器等[ 7 - 11 ]领域。但其亲水性和化学组成特点，易受水、真菌、昆虫、紫外线和酸雨的影响[ 12 - 16 ]，导致其尺寸稳定性变差、发生开裂、降解和腐朽等劣化现象[ 17 - 20 ]，传统的防腐剂虽然能够延长木材的使用寿命，但环保和人体安全性问题日益受到关注。近年来，纳米技术因其独特的物理和化学性质而在木材保护领域展示出巨大潜力。特别是纳米二氧化钛和纳米银，因其出色的抗菌功能而被广泛研究。
本研究以自主设计的载银纳米二氧化钛复合体系为研究对象，通过牛津杯抑菌圈试验定量评价其对木材常见腐朽菌种黑曲霉、桔青霉、白腐菌和密粘褶菌的抑制效能，结合扫描电镜和傅里叶红外光谱表征材料与菌体相互作用机制。通过对比不同浓度载银纳米二氧化钛的抑菌效率与成本效益，确定最优处理参数，旨在为环保型木材防腐剂的开发提供理论依据，并推动其在木材保护领域的实际应用。
1 材料与方法
1. 1 材 料
本试验采用的试材为载银纳米二氧化钛，其粒径约为30 nm，载银量为3.0%±0.2%，由广东西陇化工有限公司提供，具备优异的抗菌性能。霉菌菌种包括黑曲霉、桔青霉、白腐菌和密粘褶菌，购自中国林业微生物菌种保藏管理中心。分散剂由南京创世化工助剂有限公司提供，所有实验用试剂均为分析纯，溶液配制使用蒸馏水。培养基为马铃薯葡萄糖琼脂（PDA），适用于真菌的培养。实验设备包括德国IKA公司生产的自动温控型磁力搅拌器（IKAC-MAGHS7型），宁波赛福实验仪器有限公司的智能人工气候箱（PRX-150B型），滤纸圈试验用直径6 mm的滤纸，以及用于抑菌圈测试的牛津杯（外径8 mm，高度10 mm）。此外，实验还采用美国FEI公司的带能谱仪扫描电子显微镜（EDS-SEM，Quanta450型）以观察材料微观结构，以及美国Nicolet公司的傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR，Impact410型）来分析材料的化学结构。
1. 2 实验方法
1. 2. 1 牛津杯实验
进行牛津杯抑菌圈实验，将不同浓度的载银纳米二氧化钛分散液分别加入灭菌后的牛津杯中，每杯装100μL溶液，小心置于含菌PDA培养基平板上，避免溶液泄漏。将平板放入人工气候箱恒温培养，定时观察抑菌圈并测量直径，通过抑菌圈的变化评估不同浓度载银纳米二氧化钛的抑菌效果。实验结束后，测量并记录抑菌圈直径，按以下公式计算抑菌率：
抑菌率（%）= [（A0- A）/A0] × 100%
式中，A0为对照组菌落生长直径；A为试验组菌落生长直径。
1. 2. 2 最佳抑菌浓度
分析不同浓度载银纳米二氧化钛对黑曲霉、桔青霉、白腐菌和密粘褶菌的抑菌效果，以确定最佳的抑菌浓度。
2 结果与分析
2. 1 抑菌圈直径分析
由表1可知，随着改性剂浓度的增加，抑菌圈直径随之增大，表明高浓度载银纳米二氧化钛改性剂具有更强的抑菌效果。在5～10 mg/mL浓度范围内，各菌种的抑菌率快速增长，其中黑曲霉的抑菌率从60.2%增加到89.3%，增幅最大；桔青霉的抑菌率从47.5%增长至71.2%；白腐菌的抑菌率从68.8%上升至89.9%；密粘褶菌的抑菌率则从73.0%增长到91.5%，其增长幅度相对最小。当浓度达到20 mg/mL时，对黑曲霉、桔青霉、白腐菌、密粘褶菌的抑菌率分别达到87.5%、71.2%、94.3%、96.7%。结果显示，改性剂对桔青霉的抑菌效果最弱，对密粘褶菌的抑菌效果最佳。
在抑菌圈测试第4天，从表2可以看出，白腐菌的抑菌圈直径最大，浓度范围为5～20 mg/mL时的抑菌圈直径最大，可达27.13 mm，抑菌效果最佳。相比之下，桔青霉的抑菌圈直径最小，最高浓度（20 mg/mL）下的抑菌圈直径仅为24.87 mm，抑菌效果相对较差。
从表2的数据中可以发现，在5 mg/mL和8 mg/mL的低浓度下，各菌种的抑菌圈直径相对较小，显示出一定的抑菌效果，但不显著；随着浓度增至10 mg/mL，各菌种的抑菌圈直径显著增大，抑菌效果明显增强；在浓度为20 mg/mL的情况下，对黑曲霉的抑菌圈直径略有下降，可能是由于高浓度抑制物质的扩散受到一定限制，但对白腐菌和密粘褶菌的抑菌效果依然优异，抑菌圈直径分别达到27.13 mm和26.71 mm。
综上所述，通过牛津杯抑菌圈实验可知，载银纳米二氧化钛浓度越高，抑菌效果越强，具有优异的广谱抑菌性能，对密粘褶菌、白腐菌和黑曲霉的抑菌效果明显优于桔青霉。
2. 2 最佳抑菌浓度分析
总结不同浓度载银纳米二氧化钛对黑曲霉、桔青霉、白腐菌和密粘褶菌的抑菌效果，以确定最佳的抑菌浓度。图1展示了不同浓度（0%、0.025%、0.05%、0.1%、0.2%）的载银纳米二氧化钛对四种霉菌（黑曲霉、桔青霉、白腐菌、密粘褶菌）生长情况的影响。从左到右依次为不含改性剂及四种不同浓度改性剂处理的培养皿，可以得出以下结论：
0%（对照组）：在未添加载银纳米二氧化钛的对照组中，霉菌生长旺盛，各培养皿表面均被霉菌覆盖，说明在无抑菌处理的情况下，霉菌能够快速繁殖。
0.025%：载银纳米二氧化钛浓度为0.025%时，四种霉菌的生长受到一定抑制，但仍存在明显的菌落分布，特别是在桔青霉和黑曲霉的培养皿中，霉菌的生长较为显著。此浓度虽显示出一定的抑菌效果，但未能达到显著抑制的水平。
0.05%：随着浓度增加至0.05%，霉菌生长显著减少。菌落分布明显减少，尤其是在白腐菌和密粘褶菌的培养皿中，抑菌效果较为明显，但在黑曲霉和桔青霉的培养皿中仍可见少量菌落。
0.1%（最佳抑菌浓度）：在0.1%浓度下，四种霉菌的生长几乎完全受到抑制，培养皿表面基本无霉菌菌落，显示出优异的抑菌效果。这一浓度被确定为最佳抑菌浓度，能够在节约材料的同时，实现对霉菌的显著抑制。
0.2%：当浓度进一步增加至0.2%时，载银纳米二氧化钛对霉菌的抑制达到100%，所有培养皿表面无任何霉菌菌落。然而，该浓度较0.1%并未明显增强抑菌效果，显示出高浓度改性剂的抑菌效果趋于饱和。
观察发现，当载银纳米二氧化钛含量为0.025%时，改性剂对四种霉菌已表现出明显的抑菌效果，说明即使在低浓度下，载银纳米二氧化钛的抗菌作用也相当显著。随着浓度的进一步增加，抑菌效果逐渐提升，当含量达到0.2%时，对四种菌种均实现了100%的抑菌效果。尽管0.2%浓度下可实现百分百抑菌，但0.1%的浓度表现出最佳的综合抑菌效果。此浓度不仅可以显著抑制菌落的生长，且相比于更高浓度的0.2%，能在节约材料成本的同时保持持久的抑菌效果。这一浓度的优选结果，表明在实际应用中，使用0.1%的载银纳米二氧化钛浓度即可达到有效且经济的防霉效果。
综上所述，0.1%的载银纳米二氧化钛浓度被确定为本实验的最佳抑菌浓度，既保证了显著的抑菌性能，又在材料使用上达到了成本效益的平衡。这一结果为后续研究及实际应用提供了科学参考，也为木材等有机材料的高效防霉改性奠定了基础。
3 结 论
3. 1 实验结果表明，载银二氧化钛在不同浓度下对黑曲霉、桔青霉、白腐菌和密粘褶菌均表现出显著的抑菌效果。其中，0.1 mg/mL浓度的载银纳米二氧化钛改性剂展现出最佳的综合抑菌性能，能够有效抑制大部分霉菌的生长，特别是对密粘褶菌、白腐菌和黑曲霉的抑菌率分别达到85%以上。而在0.2 mg/mL浓度下，尽管抑菌效果达到饱和，但0.1 mg/mL浓度在成本效益和材料使用上更为优越。
3. 2 二氧化钛的光催化活性在紫外光照射下产生羟基自由基（·OH）和超氧负离子（O2-），通过氧化破坏霉菌的细胞壁和内部生物分子。而Ag+离子则通过破坏细胞壁、失活关键酶系统及损伤DNA，进一步抑制霉菌的生长和繁殖。这种双重机制不仅提升了抗菌效率，还有效降低了霉菌产生耐药性的风险，确保了防霉效果的广谱性和持久性。
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