CN104686575A - 锗基石墨烯的抗菌用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锗基石墨烯的抗菌用途。抗菌实验表明，锗基石墨烯对多种革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌具有良好的杀菌和抗菌能力，通过接触细菌，使细菌的细胞质流出来达到杀菌效果，有效抑制细菌的增殖和分裂；同时，锗基石墨烯中的锗对人体具有保健功效如抗疲劳、防止贫血、帮助新陈代谢、抑制肿瘤等，因此可以将锗基石墨烯开发为高效、具有保健作用、无毒的新型抗菌材料，并应用于服装、口罩、首饰、电子产品等领域，具有广阔的应用前景。

Description

锗基石墨烯的抗菌用途

技术领域

本发明属于抗菌领域，涉及一种锗基石墨烯的抗菌用途。

背景技术

细菌广泛分布于土壤和水中，或者与其他生物共生，人体身上也带有相当多的细菌。细菌也对人类活动有很大的影响。一方面，细菌是许多疾病的病原体，包括肺结核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、砂眼等疾病都是由细菌所引发；另一方面，人类也时常利用细菌，例如乳酪及酸奶的制作、部分抗生素的制造、废水的处理等，都与细菌有关；在生物科技领域中，细菌有也著广泛的运用。

对于致病性细菌，其侵犯寄主，包括细菌吸附于体表，侵入组织或细胞，生长繁殖，产生毒素，乃至扩散蔓延以及抗拒寄主的一系列防御机能，造成机体损伤。因此在很多领域都需要用到抗菌材料。抗菌是杀菌和抑菌的统称，包括灭菌、杀菌、消毒、抑菌、防霉、防腐等，采用化学或物理方法杀灭细菌或妨碍细菌生长繁殖及其活性的过程。

2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家使用微机械剥离的方法发现了石墨烯，并于2010年获得了诺贝尔物理学奖。石墨烯，即石墨的单原子层，是碳原子按蜂窝状排列的二维结构。自从石墨烯被发现以后，由于其优异的性能和巨大的应用前景引发了物理、材料科学和生物医学等领域的研究热潮。锗对人体的影响主要是可以恢复疲劳；防止了贫血；帮助新陈代谢等等。很多地方被当作医疗辅助用具。正常人体中，不会缺乏此类的微量元素，但是现代工业文明的环境下，长期受到化学污染的人体，使得这锗元素离子活性有衰退的迹象，适当补充这种微量元素有助于身体机能的健康，另外锗可能对肿瘤有疗效。然而目前，还没有发现锗基石墨烯的具有抗菌用途。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种锗基石墨烯的抗菌用途，以为抗菌材料、抗菌方法等领域提供更多选择。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种锗基石墨烯的抗菌用途。

可选地，所述抗菌用途是抑制革兰氏阳性菌或革兰氏阴性菌的生长繁殖。

可选地，所述革兰氏阳性菌包括葡萄球菌、链球菌、肺炎双球菌、炭疽杆菌、白喉杆菌、破伤风杆菌中的一种或多种；所述革兰氏阴性菌包括大肠杆菌、痢疾杆菌、伤寒杆菌、变形杆菌、百日咳杆菌及霍乱弧菌中的一种或多种。

可选地，所述锗基石墨烯通过接触细菌，破坏细菌的呼吸链，进而使细菌的细胞质流出使细菌失活。

可选地，所述锗基石墨烯包括一锗片及形成于所述锗片上的石墨烯。

可选地，所述石墨烯为单层、双层或多层石墨烯。

可选地，提供一锗片，利用化学气相沉积法在所述锗片上形成石墨烯，得到锗基石墨烯；或者将预先制备好的石墨烯转移至所述锗片上，得到锗基石墨烯。

可选地，所述锗基石墨烯的制备条件是：温度800～910℃，氢气流量2～100sccm，碳源流量0.01～50sccm，石墨烯生长时间1～200min。

可选地，进一步将所述锗基石墨烯分割。

可选地，将所述锗基石墨烯作为具有保健功能的抗菌材料用于服装、鞋、帽、口罩、首饰或电子产品的制作过程中。

如上所述，本发明的锗基石墨烯的抗菌用途，具有以下有益效果：锗基石墨烯对多种革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌具有良好的杀菌和抗菌能力，通过接触细菌，使细菌的细胞质流出来达到杀菌效果，有效抑制细菌的增殖和分裂；同时，锗基石墨烯中的锗对人体具有保健功效如抗疲劳、防止贫血、帮助新陈代谢、抑制肿瘤等，因此可以将锗基石墨烯开发为高效、具有保健作用、无毒的新型抗菌材料，并应用于服装、口罩、首饰、电子产品等领域，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1显示为锗基石墨烯的结构剖视图。

图2显示为锗及两种生长温度制备的锗基石墨烯的拉曼图。

图3显示为不同温度制备的石墨烯的透光率。

图4a、图4b及图4c分别显示为样品Ge、G/SiO₂及G/Ge910℃对大肠杆菌的抗菌结果的SEM图。

图5a、图5b及图5c分别显示为图4a、图4b及图4c的局部放大图。

图6a、图6b及图6c分别显示为样品Ge、G/SiO₂及G/Ge910℃对葡萄球菌的抗菌结果的SEM图。

图7a、图7b及图7c分别显示为图6a、图6b及图6c的局部放大图。

元件标号说明

1    锗片

2    石墨烯

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图7c。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1锗基石墨烯的制备

本实施例中利用化学气相沉积法（CVD）在Ge上制备石墨烯，工艺流程如下：

提供一锗片，将所述锗片放置于生长腔室中，将锗片加热至预设温度，并在生长腔室中通入氢气及碳源以在所述锗片上生长石墨烯，得到锗基石墨烯。

本实施例中，所述生长腔室以管式炉为例进行说明，其中锗片的尺寸为10毫米×10毫米×175微米，生长温度为800～910℃，氢气流量为2～100sccm，碳源流量0.01～50sccm，石墨烯生长时间1～200min。碳源可以采用CH₄，C₂H₂，C₂H₄或CO等，或者固态碳源。本实施例中，所述锗基石墨烯的制备条件优选为：生长温度为910℃，氢气流量为50sccm，甲烷流量0.1sccm，石墨烯生长时间100min，制备得到的锗基石墨烯包括一锗片及形成与所述锗片上的石墨烯。图1显示为该锗基石墨烯的结构剖视图，包括锗片1及所述锗片1表面的石墨烯2。

在另一实施例中，可以将上述锗基石墨烯分割为更小的尺寸，如微米级。

在另一实施例中，也可以提供更大尺寸的锗片，如晶圆级锗片，并采用上述方法在该晶圆级锗片上形成石墨烯，得到晶圆级的锗基石墨烯，并根据应用的需求将该晶圆级锗基石墨烯分割成所需的尺寸，有利于量产，提高生产效率。

在另一实施例中，也可以将采用化学气相沉积法、离子注入法等方法在其它衬底上预先制备的石墨烯转移至锗片上得到锗基石墨烯。

在另一实施例中，所述锗片可以具有弯曲的外形，或采用圆柱体锗、特殊设计的工艺品形状等替代，以得到不同外观的锗基石墨烯应用于具有保健功能的首饰的制作过程中。

实施例2锗基石墨烯的表征

本实施例中采用拉曼对实施例1中制备的锗基石墨烯进行了表征，并测试了其上石墨烯的透光率。

图2显示为锗（Ge）及两种生长温度制备的锗基石墨烯（G/Ge）的拉曼图，其中D峰表示锗上石墨烯的缺陷。由图2中可看出，910℃生长的锗基石墨烯的D峰低于890℃生长的锗基石墨烯，说明生长温度越高，锗上石墨烯质量越好。

图3显示为不同温度制备的石墨烯的透光率，其中910℃生长的石墨烯对于550nm波长可见光的透光率为97.50%，890℃生长的石墨烯对于550nm波长可见光的透光率为97.12%。已知单层Graphene的透光率为97.7%，所以可以判断实施例1中制备的石墨烯为单层。

需要指出的是，本发明的锗基石墨烯中石墨烯不限于单层，在其它实施例中可以通过改变生长时间等参数制备得到双层或多层石墨烯。

实施例3抗菌实验

本实施例中采用四组样品进行抗菌性能测试：Ge、G/SiO₂、G/Ge890℃及G/Ge910℃。其中，样品Ge为单纯的锗，样品G/SiO₂由锗基石墨烯中的石墨烯转移至二氧化硅片上获得，样品G/Ge890℃及G/Ge910℃是采用实施例1中的方法制得的锗基石墨烯，区别在于生长温度不同，分别是890℃及910℃。

本实施例中，样品的抗菌性能测试采用标准菌株的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，其中大肠杆菌为革兰氏阴性菌，金黄色葡萄球菌为革兰氏阳性菌。具体操作流程如下：

1）将大肠杆菌和金黄色葡萄球菌分别接种于营养琼脂表面，于恒温培养箱中培养24小时，连续培养三代后的没有杂菌者作为试验用菌种。将菌种刮下并接种于其对应的培养基里，重新培养24小时。参照细菌标准比浊管，稀释成浓度为1.0×10⁷cfu/ml的菌液，其中cfu是菌落形成单位，指单位体积中的活菌个数。

2）然后取60μl的菌液滴在尺寸大小为10mm×10mm×175μm的样品表面，放入恒温培养箱中于37℃培养24小时。

3）将样品和样品上的菌液放入装有5毫升浓度为0.9%的生理盐水中震荡均匀，然后取0.5ml的混合液滴入装有4.5毫升浓度为0.9%的生理盐水试管中进行10倍稀释为10^-1的稀释液，震荡均匀。并依次倍比稀释为10^-2和10^-3的稀释液。

4）各取稀释为10^-1、10^-2和10^-3的稀释液200μl，涂覆在含有培养液的琼脂培养板中，每种浓度涂覆三块板，于37℃恒温培养箱中培养24小时。

图4a、图4b及图4c分别显示为样品Ge、G/SiO₂及G/Ge910℃对大肠杆菌的抗菌结果的SEM图，图5a、图5b及图5c分别显示为图4a、图4b及图4c的局部放大图。图6a、图6b及图6c分别显示为样品Ge、G/SiO₂及G/Ge910℃对葡萄球菌的抗菌结果的SEM图，图7a、图7b及图7c分别显示为图6a、图6b及图6c的局部放大图。由图可知，单纯的Ge上，大肠杆菌和葡萄球菌完整的存活，不断的增值和分裂(如图4a、图5a及图a、图7a所示)，说明Ge没有杀菌作用。石墨烯转移至SiO₂上后，两种细菌的依然不断的增值和分裂(如图4b、图5b及图6b、图7b所示)，说明单纯的石墨烯也没有杀菌作用。当两种细菌培养在样品G/Ge910℃上时(如图4c、图5c及图6c、图7c所示)，发现细菌的细胞质流出，细菌失活，没有发生增值和分裂的现象，说明锗基石墨烯这种结构才有杀菌作用。并且样品G/Ge910℃的抗菌效果好于样品G/Ge890℃（未予图示），说明锗上的石墨烯质量越好，杀菌能力越强。

锗基石墨烯的杀菌原理是：通过接触细菌，破坏细菌的呼吸链，进而使细菌的细胞质流出使细菌失活。

大肠杆菌和金黄色葡萄球菌分别为典型的革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌，本发明的锗基石墨烯对其它的革兰氏阳性菌如链球菌、肺炎双球菌、炭疽杆菌、白喉杆菌、破伤风杆菌等，或其它革兰氏阴性菌如痢疾杆菌、伤寒杆菌、变形杆菌、百日咳杆菌及霍乱弧菌等亦具有良好的灭菌能力。

锗对人体具有保健功效如抗疲劳、防止贫血、帮助新陈代谢、抑制肿瘤等，因此可以将锗基石墨烯作为具有保健功能的抗菌材料用于服装、鞋、帽、口罩、首饰或电子产品的制作过程中。

综上所述，本发明的锗基石墨烯对多种革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌具有良好的杀菌和抗菌能力，通过接触细菌，使细菌的细胞质流出来达到杀菌效果，有效抑制细菌的增殖和分裂；同时，锗基石墨烯中的锗对人体具有保健功效如抗疲劳、防止贫血、帮助新陈代谢、抑制肿瘤等，因此可以将锗基石墨烯开发为高效、具有保健作用、无毒的新型抗菌材料，并应用于服装、口罩、首饰、电子产品等领域，具有广阔的应用前景。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种锗基石墨烯的抗菌用途。

2.根据权利要求1所述的锗基石墨烯的抗菌用途，其特征在于：所述抗菌用途是抑制革兰氏阳性菌或革兰氏阴性菌的生长繁殖。

3.根据权利要求2所述的锗基石墨烯的抗菌用途，其特征在于：所述革兰氏阳性菌包括葡萄球菌、链球菌、肺炎双球菌、炭疽杆菌、白喉杆菌、破伤风杆菌中的一种或多种；所述革兰氏阴性菌包括大肠杆菌、痢疾杆菌、伤寒杆菌、变形杆菌、百日咳杆菌及霍乱弧菌中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的锗基石墨烯的抗菌用途，其特征在于：所述锗基石墨烯通过接触细菌，破坏细菌的呼吸链，进而使细菌的细胞质流出使细菌失活。

5.根据权利要求1所述的锗基石墨烯的抗菌用途，其特征在于：所述锗基石墨烯包括一锗片及形成于所述锗片上的石墨烯。

6.根据权利要求5所述的锗基石墨烯的抗菌用途，其特征在于：所述石墨烯为单层、双层或多层石墨烯。

7.根据权利要求5所述的锗基石墨烯的抗菌用途，其特征在于，所述锗基石墨烯的制备方法是：提供一锗片，利用化学气相沉积法在所述锗片上形成石墨烯，得到锗基石墨烯；或者将预先制备好的石墨烯转移至所述锗片上，得到锗基石墨烯。

8.根据权利要求7所述的锗基石墨烯的抗菌用途，其特征在于，所述锗基石墨烯的制备条件是：温度800～910℃，氢气流量2～100sccm，碳源流量0.01～50sccm，石墨烯生长时间1～200min。

9.根据权利要求7所述的锗基石墨烯的抗菌用途，其特征在于：进一步将所述锗基石墨烯分割。

10.根据权利要求1所述的锗基石墨烯的抗菌用途，其特征在于：将所述锗基石墨烯作为具有保健功能的抗菌材料用于服装、鞋、帽、口罩、首饰或电子产品的制作过程中。