含銅不鏽鋼已被證實能夠有效的降低細菌感染所帶來的風險。然而，關于其抗菌機制仍存在争議。因此，我們選擇三種不同銅含量的430鐵素體不鏽鋼，通過細菌滅活的方法，從材料學和生物學兩個方面進行深入的研究。電化學和抗菌實驗結果表明，銅含量的增加同時提高了430不鏽鋼的耐蝕性能和抗菌性能。此外，通過幹法接種技術發現大腸杆菌在430含銅不鏽鋼表面可以快速的被滅活。XPS結合離子螯合實驗證明，由于Cu (I)可以促進産生更多的活性氧(ROS)，因此在接觸殺滅過程中Cu (I)比Cu (II)起着更為重要的作用。

　　進産生更多的活性氧(ROS)，影響大腸杆菌細胞代謝，從而導緻細菌滅活，因此在接觸殺滅過程中Cu (I)比Cu (II)起着更為重要的作用。

　　圖1在3.5% NaCl溶液中430 不鏽鋼和430-Cu不鏽鋼的動電位極化曲線(a)及阻抗圖Nyquist (b)，Bode (c); EIS拟合的等效物理模型和相應的電路模型(d, e)。

　　圖1(a)中Cu元素添加後自腐蝕電位明顯正移，同時對極化曲線進行腐蝕參數的計算，發現與430不鏽鋼自腐蝕電流icorr相比，430-Cu不鏽鋼随着銅含量的增加icorr值也有所提升，說明當材料發生腐蝕反應時，430-Cu不鏽鋼則腐蝕速率更慢。此外，圖1(b)的Nyquist中的圓弧也随着Cu元素的添加随之變大，表明極化電阻增強，從而降低腐蝕速率，同時EIS圖1(b-d)的拟合結果也與以上結論相符。綜上，說明Cu元素的添加可以改善430不鏽鋼的耐腐蝕性能。

　　圖2 430-Cu不鏽鋼與E. coli共培養24 h後的抗菌率 (a);表面相應菌落數 (b)

　　圖2(b)中430為對照組平闆，可見其表面覆蓋大量生長狀态良好的E. coli菌落，而實驗組430含銅不鏽鋼表面的菌落數量随着銅含量的增加都有了相應的減少。圖2(a)是根據圖(b)中的菌落數計算所得的抗菌率，結果顯示随着銅含量增加，其抗菌率從開始的60%增長到99.9%。

　　圖3 430-Cu不鏽鋼通過幹/濕法與E. coli共培養不同時間後的抗菌率(a);共培養2 h後樣品表面菌落圖(b)

　　圖3(b)中通過對比430-Cu不鏽鋼培養基表面E. coli菌落數量，發現接觸2h後幹法技術明顯優于濕法技術。圖3(a)是基于圖(b)中的菌落數計算所得的兩種技術不同時間的抗菌率。結果顯示幹法技術的抗菌率始終高于濕法技術，當共培養時間到2h時，幹法技術的抗菌率可達99%。

　　圖4 與E. coli共培養2 h材料表面附着的細菌形貌的SEM圖 (a-d);下圖為紅色部分的放大區域;不同方法共培養2 h材料表面細菌附着狀态圖(e-f)

　　圖4(a)幹法技術共培養的430-Cu不鏽鋼表面的E. coli呈高度分散分布，且有微縮甚至破裂狀态。而通過對比發現與幹法技術相比，通過濕法技術共培養的E. coli在樣品表面都處于相對良好的狀态如圖4(b)、(d)。同樣，從圖4(e-f)活/死染色的結果可以明顯看出，430不鏽鋼樣品表面幾乎都是綠色熒光，表明E. coli的細胞膜未受損。而430-Cu不鏽鋼表面的紅色熒光表明430-Cu不鏽鋼表面E. coli的膜結構已被破壞。

　　圖5 430-Cu不鏽鋼在不同螯合劑中與E. coli接種不同時間的抗菌率 (a)，材料表面菌落圖 (b);不同螯合劑中幹法與E. coli共培養2小時，430-Cu不鏽鋼表面的Cu 2p3/2的XPS光譜 (c) 及Cu LMM的AES結果 (d): (A) PBS，(B) PBS EDTA，(C) PBS BCS，(D) PBS EDTA BCS.

　　圖5(b)中顯示與使用PBS相比，随着螯合劑的加入430-Cu不鏽鋼培養基表面的菌落數量都有了不同程度的增加，圖5(a)是基于圖(b)中的菌落數計算所得的相應的抗菌率。結果顯示螯合劑的加入對E. coli的滅活有一定的抑制作用，而且添加BCS時的抗菌率低于添加EDTA的抗菌率，說明在接觸殺菌過程中Cu (I)比Cu (II)發揮更重要的作用，同時圖5(c)(d)的拟合結果進一步驗證了此結論。

　　圖6 不同方法共培養2 h後材料表面E. coli細胞内ROS的熒光染色圖像

　　圖6(a)陽性對照組樣品表面出現大量綠色熒光，說明在Rosup試劑的作用下樣品表面可以産生大量ROS。圖6(b)、(c)結果顯示使用濕法接種的430-Cu不鏽鋼表面僅存在少量綠色熒光，說明此時ROS處于相對較低的水平。相反，幹法接種的430-Cu不鏽鋼表面仍存在大量綠色熒光，表明在430-Cu不鏽鋼表面也同樣存在大量ROS。此外， 430不鏽鋼材料表面幾乎無任何綠色熒光産生。

　　(1) 430-Cu不鏽鋼中Cu元素的添加改善了材料的耐蝕性能以及抗菌性能。

　　(2) E. coli與430-Cu不鏽鋼表明面充分接觸有利于細菌的快速滅活，說明接觸殺菌是430-Cu不鏽鋼的主要抗菌機制。

　　(3) 在接觸殺菌過程中，430-Cu不鏽鋼表面Cu (I)比Cu (II)發揮的作用更大。Cu離子在價态轉化過程中伴随着大量ROS生成，影響E. coli的代謝，從而進一步加速細菌滅活。

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