一種負(fù)載鋅摻雜氧化銅多刺抗菌材料及其制備方法和應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種氧化石墨烯負(fù)載鋅參雜氧化銅多刺抗菌材料及其制備方法，屬于生物功能材料制備領(lǐng)域；本發(fā)明專利技術(shù)通過超聲化學(xué)過程中產(chǎn)生的熱量促進Zn?CuO納米晶體在氧化石墨烯上形成、沉淀和生長形成表面多刺的鋅摻雜氧化銅納米粒子，該摻雜的納米顆粒單分散性好且結(jié)構(gòu)剛性強；氧化石墨烯復(fù)合材料可以通過多刺結(jié)構(gòu)刺破細(xì)菌膜層，破壞膜層的滲透平衡并促進細(xì)胞質(zhì)內(nèi)脂質(zhì)分子的破壞性泄漏從而造成細(xì)菌凋亡；通過多刺鋅摻雜氧化銅納米顆粒和氧化石墨烯納米片復(fù)合抗菌能力，本材料能夠加速細(xì)菌細(xì)胞溶解并在10?min內(nèi)可以產(chǎn)生高達(dá)99%的滅菌效率。

Loaded zinc doped cupric oxide thorns antibacterial material, preparation method and application thereof

The invention relates to a zinc doped graphene oxide supported copper oxide spiny antibacterial material and a preparation method thereof, belonging to the field of preparation of bio functional materials; the invention produced by ultrasonic chemical heat in the process of promoting Zn CuO nano crystal formation, precipitation formation and growth of zinc doped copper oxide nanoparticles on graphene oxide on the spiny the doping of nano particles, good monodispersity and high structural rigidity; graphene oxide composite structure can pierce the bacterial spiny layer, osmotic balance and promote the destructive damage of membrane lipid molecules in the cytoplasm leakage resulting in apoptosis by bacteria; spiny zinc doped copper oxide nanoparticles and graphene oxide nano composite antibacterial film this material can accelerate the ability of bacterial cells in 10 dissolved and min can produce high sterilization efficiency up to 99%.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種負(fù)載鋅摻雜氧化銅多刺抗菌材料及其制備方法和應(yīng)用
本專利技術(shù)涉及一種負(fù)載鋅摻雜氧化銅多刺抗菌材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于生物功能材料制備領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
近年來，由于細(xì)菌和耐藥機制的多樣性，細(xì)菌感染仍然是威脅公眾健康的主要問題之一。其中大腸桿菌（革蘭氏陰性菌）和金黃色葡萄球菌（革蘭氏陽性菌）已經(jīng)表現(xiàn)出顯著增加的抵抗現(xiàn)有抗生素類藥物的抗藥性。氧化石墨烯（GO）是一種具有強氧化性和高親水性的片層狀材料。因其具有較好的生物相容性、較大的比表面積、良好的電導(dǎo)率以及高化學(xué)和熱穩(wěn)定性而被認(rèn)為是極具前景的二維材料。同時，F(xiàn)an等人研究報道稱基于氧化石墨烯的抑菌紙表現(xiàn)出對哺乳動物有最小的細(xì)胞毒性（W.Hu,C.Peng,W.Luo,D.LiandC.Fan,ACSnano,2010,4,4317）。Elimelech等人提出氧化石墨烯鋒利的邊緣和較高的膜壓力（F.Perreault,S.NejatiandM.Elimelech,ACSnano,2015,9,7226），細(xì)菌與之接觸時便會凋亡（V.T.Pham,V.K.Truong,M.D.Quinn,V.A.BaulinandE.P.Ivanova,ACSnano,2015,9,8458）。盡管氧化石墨烯在抗菌方面表現(xiàn)出一定的潛力，但氧化石墨烯在應(yīng)對耐多藥微生物時表現(xiàn)不足，單純氧化石墨烯的抑菌效果也不盡如人意。在目前已知的諸多抗菌材料中，金屬氧化物，如氧化鎂、氧化鈦和氧化鈣等由于其價格合理和效果良好因而在臨床及保健品中已有所應(yīng)用。但納米金屬氧化物抗菌劑在體內(nèi)的一般作用機制是未知的，其中增強的金屬離子釋放、誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激、活性氧（ROS）的釋放、靜電相互作用等等正在研究中。同時有研究發(fā)現(xiàn)，摻雜金屬氧化物如鋅摻雜的氧化銅（Zn-CuO）由于其增加晶體結(jié)構(gòu)的缺陷促進其高效產(chǎn)生活性氧并成為一種較有前景的高效抗菌劑。Gedanken等人研究表明新型鋅摻雜氧化銅納米復(fù)合材料對根除多重耐藥性細(xì)菌（EradicationofMulti-DrugResistantBacteriabyaNovelZn-dopedCuONanocomposite，Small,2013,9,4069-4076.）和抗生物膜、抗菌活性的抗變形鏈球菌有較好的效果（AZn-DopedCuONanocompositeShowsEnhancedAntibiofilmandAntibacterialActivitiesAgainstStreptococcusMutansComparedtoNanosizedCuO，Adv.Funct.Mater.,2014,24,1382-1390），從而證實了鋅摻雜氧化銅的高效抗菌性能。在此，本專利提出一種抗菌性能顯著增強的氧化石墨烯負(fù)載的多刺鋅摻雜氧化銅納米復(fù)合材料（Zn-CuO@GO）的制備方法，通過超聲化學(xué)原位生成多刺顆粒負(fù)載于氧化石墨烯上，使得氧化石墨烯從原有二維轉(zhuǎn)變?yōu)槿S立體結(jié)構(gòu)，并保留了鋅摻雜氧化銅的多刺結(jié)構(gòu)。同時，摻雜后的納米復(fù)合材料大大提升了對抗耐藥的細(xì)菌菌株的能力，材料可以通過多刺結(jié)構(gòu)刺破細(xì)菌膜層，破壞膜層的滲透平衡并促進細(xì)胞質(zhì)內(nèi)脂質(zhì)分子的破壞性泄漏從而造成細(xì)菌凋亡。通過多刺鋅摻雜氧化銅納米顆粒和氧化石墨烯納米片聯(lián)合抗菌作用，本材料能夠加速細(xì)菌細(xì)胞凋亡并在10min內(nèi)可以產(chǎn)生高達(dá)99%的滅菌效率。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本專利技術(shù)提供了一種制備氧化石墨烯負(fù)載鋅摻雜氧化銅多刺納米復(fù)合材料的方法。本材料表面刺狀物可以刺破細(xì)菌膜層，同時氧化石墨烯的引入大大增加了材料的抗菌性能，促使細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)的泄漏，從而極大地提高抗菌效率。本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。S1：將醋酸銅和醋酸鋅充分溶解于雙蒸餾水中，所述醋酸銅和醋酸鋅總濃度為0.01-0.02mol/L；S2：向步驟S1中加入乙醇，獲得一定乙醇/水體積比的溶液；S3：向步驟S2中加入一定量的氧化石墨烯，隨后超聲處理得到分散均勻的溶液；S4：向步驟S3中緩慢滴入（28-30%）氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值至8，調(diào)節(jié)超聲波功率為500-750W，超聲反應(yīng)40-60min，后經(jīng)離心、雙蒸餾水和乙醇逐次洗滌、真空干燥后即可得到所述多刺納米復(fù)合材料。進一步的，步驟S1所述醋酸銅和醋酸鋅的摩爾比為3:1。進一步的，步驟S2中所述乙醇與雙蒸餾水的體積比為9:1。進一步的，步驟S3中所述加入的氧化石墨烯與醋酸鋅的質(zhì)量比為1：11-2。本專利技術(shù)的有益效果：本專利技術(shù)通過超聲化學(xué)在氧化石墨烯表面原位生成多刺顆粒，制備過程綠色環(huán)保，使得氧化石墨烯從原有二維轉(zhuǎn)變?yōu)槿S立體結(jié)構(gòu)，并保留了鋅摻雜氧化銅的多刺結(jié)構(gòu)。相較于單一氧化石墨烯，摻雜后的納米復(fù)合材料大大提升了對抗耐藥的細(xì)菌菌株的能力，復(fù)合材料可以通過鋅摻雜氧化銅多刺結(jié)構(gòu)和氧化石墨烯片狀邊緣刺破細(xì)菌膜層，破壞膜層的滲透平衡并促進細(xì)胞質(zhì)內(nèi)脂質(zhì)分子的破壞性泄漏從而造成細(xì)菌凋亡。通過多刺鋅摻雜氧化銅納米顆粒和氧化石墨烯納米片復(fù)合抗菌作用，本材料能夠加速細(xì)菌細(xì)胞凋亡并在10min內(nèi)可以產(chǎn)生高達(dá)99%的滅菌效率。附圖說明圖1為醋酸鋅與氧化石墨烯質(zhì)量比11：1（A、a）和5.5：1(B、b)時的透射電鏡圖及其局部放大圖；圖中A、B為透射電鏡圖，a、b為局部放大圖。圖2為實施例1所制備的氧化石墨烯負(fù)載鋅摻雜氧化銅多刺納米復(fù)合材料（A）、氧化石墨烯（B）和鋅摻雜氧化銅多刺納米顆粒（C）的XRD圖。圖3為實施例1所制備的氧化石墨烯負(fù)載鋅摻雜氧化銅多刺納米復(fù)合材料的XPS圖。圖4為未處理時大腸桿菌（A、a）和金黃色葡萄球菌(B、b)的掃描電鏡圖（A、B）及其局部放大圖(a、b)。圖5為實施例1所制備氧化石墨烯負(fù)載鋅摻雜氧化銅多刺納米復(fù)合材料對大腸桿菌（A、a）和金黃色葡萄球菌(B、b)作用后的掃描電鏡圖（A、B）及其局部放大圖(a、b)。圖6為實施例1所制備氧化石墨烯負(fù)載鋅摻雜氧化銅多刺納米復(fù)合材料對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌作用后的透射電鏡圖（TEM）。具體實施方式下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本專利技術(shù)作進一步的說明，但本專利技術(shù)的保護范圍并不限于此。上述技術(shù)方案中所述的氧化石墨烯負(fù)載鋅摻雜氧化銅多刺納米復(fù)合材料的抗菌性能測試具體為：實施例1：一、氧化石墨烯負(fù)載鋅摻雜氧化銅多刺納米復(fù)合材料的制備：將0.15g醋酸銅和0.055g醋酸鋅充分溶解于10毫升雙蒸餾水。隨后加入90毫升乙醇，獲得體積比9：1的乙醇/水的溶液。加入0.005g氧化石墨烯，超聲波（20kHz，750W）處理5分鐘后，緩慢滴入0.8毫升的氨水（28-30%）調(diào)節(jié)反應(yīng)pH至8。超聲反應(yīng)1小時后，將獲得納米復(fù)合材料的離心，并用雙蒸餾水和乙醇逐次洗滌后真空干燥。圖1為醋酸鋅與氧化石墨烯質(zhì)量比11：1（A、a）和5.5：1(B、b)時的透射電鏡圖及其局部放大圖；圖中A、B為透射電鏡圖，B、b為局部放大圖。由圖A可知，制備的鋅摻雜氧化銅納米顆粒均勻生長在氧化石墨烯上且其表面分布有明顯的刺狀物。圖2為實施例1所制備的氧化石墨烯負(fù)載鋅摻雜氧化銅多刺納米復(fù)合材料（A）、氧化石墨烯（B）和鋅摻雜氧化銅多刺納米顆粒（C）的XRD圖。從圖中可以看出氧化石墨烯負(fù)載鋅摻雜氧化銅多刺納米復(fù)合材料兼有氧化銅的和氧化鋅的晶格特征，表明復(fù)合成功。圖3為氧化石墨烯負(fù)載鋅摻雜本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種氧化石墨烯負(fù)載鋅摻雜氧化銅多刺納米復(fù)合材料，其特征在于，所述納米顆粒表面為刺狀結(jié)構(gòu)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種氧化石墨烯負(fù)載鋅摻雜氧化銅多刺納米復(fù)合材料，其特征在于，所述納米顆粒表面為刺狀結(jié)構(gòu)。2.一種氧化石墨烯負(fù)載鋅摻雜氧化銅多刺納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：將醋酸銅和醋酸鋅充分溶解于雙蒸餾水中；S2：向步驟S1中加入乙醇，獲得一定乙醇/水體積比的溶液；S3：向步驟S2中加入一定量的氧化石墨烯，隨后超聲處理得到分散均勻的溶液；S4：向步驟S3中緩慢滴入氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值，調(diào)節(jié)超聲波功率，超聲反應(yīng)一段時間，后經(jīng)離心、雙蒸餾水和乙醇逐次洗滌、真空干燥后即可得到所述多刺納米復(fù)合材料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氧化石墨烯負(fù)載鋅摻雜氧化銅多刺納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟S1中所述醋酸銅和醋酸鋅總濃度為0.01-0.02mol/L。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種氧化石墨烯負(fù)載鋅摻雜氧化銅多刺納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述醋酸銅和醋酸鋅的摩爾比為3:...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉金鑫，潘建明，吳潤潤，顧潤興，姚俊彤，
申請(專利權(quán))人：江蘇大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32