CN105234388B - 一种稳定性增强的纳米银及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种稳定性增强的纳米银，该纳米银包括纳米银颗粒和稳定剂；所述稳定剂包括没食子酸和多巴胺的混合物。本发明还提供了制备上述纳米银的方法以及利用上述纳米银在抗菌方面的应用。本发明所得纳米银在高盐环境、广泛pH以及PBS中均具有非常优秀的稳定性；本发明纳米银的制备方法，工艺简单、易于实施；本发明所得纳米银可用于抗菌领域的使用，具有十分优秀的抗菌效果。

Description

一种稳定性增强的纳米银及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于纳米银领域，具体涉及一种稳定性增强的纳米银及其制备方法与应用。

背景技术

纳米银作为一种纳米材料, 由于其尺寸小、比表面积大及独特的化学结构使得纳米银具有了广谱抗菌、强效抗菌、抗菌持久等优良抗菌特点。其抗菌机理是：纳米银通过释放出的银离子与细菌细胞膜上的磷化物和硫化物结合而破坏细胞膜的渗透性，在进入细胞膜后能继续与细胞内蛋白和DNA上的硫化物或磷化物反应，阻断细胞内酶的功能和DNA的复制转录以起到抗菌作用。然而未经修饰的纳米银表面能较高，极易发生团聚而沉降，影响抗菌性能，因此提高纳米银的稳定性是本领域的关键。

在本领域的现有研究工作中，表面修饰剂的使用对于纳米银的稳定性及粒径大小分布情况起着至关重要的作用。S. Wazed Ali等人（Synthesis and characterization ofchitosan and silver loaded chitosan nanoparticles for bioactive polyester,Carbohydrate Polymers, 83 (2011), 438–446）利用壳聚糖修饰纳米银得到的Ag-CSN粒径大小为165nm，分散性不是很理想并出现多数粒子团聚现象，并且这类壳聚糖稳定的纳米银在偏碱性的环境条件下很容易导致纳米银的聚集。这就使得Ag-CSN作为抗菌剂将受到严重影响，同时很难作为革制品的深层长效抗菌的填充剂。Li X L等人（Mercaptoaceticacid-capped silver nanoparticles colloid: formation, morphology, and SERsactivity，Langmuir, 2003（19）， 4285—4290）利用巯基乙酸修饰的纳米银溶液中加入KCl溶液,会降低修饰粒子的稳定性,从而加速粒子的团聚。在以小分子的离子型配体对纳米银进行修饰的纳米银溶液很容易受到外界离子情况的影响，导致纳米银的粒径变大并发生聚沉。

因此，开发一种具有良好稳定性的纳米银，显得极为迫切。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的之一在于提供一种稳定性增强的纳米银，该纳米银包括纳米银颗粒和稳定剂；所述稳定剂包括没食子酸和多巴胺，所述没食子酸和多巴胺的混合物中两者的摩尔比为1:0.1~0.1:1。

没食子酸是植物单宁水解的最终产物，在抗菌和抗病毒方面具有良好的性能，并被广泛的应用于医药和食品领域。多巴胺分子具有相邻酚羟基的的化学结构，能借助共价作用螯合重金属离子。本发明通过将没食子酸和多巴胺混合对纳米银进行稳定性增强修饰，使得纳米银表面形成水化层，显著增强了纳米银的稳定性，同时改变正负电荷配体的比例来改变修饰后的纳米银的等电点，以保证其适应各种环境条件。

如本发明的实施例所示，本发明所得纳米银在各方面条件下（高盐浓度、广泛pH值、PBS）具有优异稳定性，并具有较小的粒径。

近些年来，虽然有一些研究利用了含多酚羟基物质制备纳米银，如申请号为201310242064的中国专利和《Multifunctional poly(dopamine)-assisted synthesis ofsilver nano particles/carbon nanotubes nanocomposite: toward electrochemicalsensing of hydrogen peroxide with enhanced sensitivity》，然而，在现有的研究中，仅利用了没食子酸等含多酚羟基物质的还原性能以制备纳米银，对于怎么利用含多酚羟基物质提高纳米银的稳定性尚未有研究。

值得指出的是，现有技术中，对于没食子酸的使用是否能提高纳米银的稳定性这一问题的评价，在本申请前还是负面的。如《纳米金催化没食子酸还原法制备纳米银及机理研究》中曾指出，没食子酸的使用极易弱化纳米银的稳定性，《Multifunctional poly(dopamine)-assisted synthesis of silver nano particles/carbon nanotubesnanocomposite: toward electrochemical sensing of hydrogen peroxide withenhanced sensitivity》同样也指出利用含多酚羟基物质制取纳米银时，所得纳米银的pH稳定性是较弱的。

本发明创造性的将没食子酸和多巴胺以一定的配比关系作为纳米银的稳定剂，大幅提高了纳米银的稳定性。

需要理解的是，本发明所述的纳米银，应当是利用本发明所述稳定剂修饰的由任何方法制取的具有任何尺寸的纳米银。

优选的，稳定剂与纳米银颗粒的摩尔比大于0.5:1，更优选摩尔比为1:1；其中纳米银颗粒的摩尔量以制备纳米银所用物质含有的银离子的摩尔量计算。

所述纳米银的粒径为5-100 nm，优选的为5-14nm。

应该理解，目前现有技术中的小粒径纳米银可以做到几纳米至几百纳米之间，具有较高应用意义的纳米银通常粒径为100 nm以下。如本发明的实施例所示，即使对于粒径仅有几纳米的纳米银颗粒，本发明在提升其稳定性时，也不会对其粒径造成显著影响。因此，本发明适用于增强具有各种尺寸的纳米银的稳定性。

一般而言，利用一些表面修饰材料（如壳聚糖）增强纳米银的稳定性时，所得纳米银的尺寸通常较大且分散性差，限制了其在抗菌以及其它领域的应用。本发明的纳米银不仅稳定性高，同时可以具有任何尺寸的粒径。

本发明的另一个目的在于提供制备上述纳米银的方法，该方法包括如下步骤：

1）按摩尔比1:0.1~0.1:1，将没食子酸和多巴胺混合，得到稳定剂；

2）按照稳定剂与纳米银颗粒的摩尔比大于0.5:1的比例，向纳米银颗粒中加入步骤1）所得稳定剂，其中纳米银颗粒的摩尔量以制备纳米银所用物质含有的银离子的摩尔量计算。

优选的，所述纳米银是通过还原法制备而得，所用还原剂包括硼氢化钠、硫代硫酸钠、双氧水中的至少一种，优选硼氢化钠。

本发明的另一个目的在于提供另一种制备上述纳米银的方法，该方法包括如下步骤：

1）按照稳定剂与含银前驱物的摩尔比大于0.5:1，优选1:1,混合，并在常温下搅拌均匀；

2）向上述溶液中逐渐滴入还原剂；避光搅拌，获得稳定剂修饰的纳米银。

优选的，步骤2）中，含银前驱物中银离子与还原剂的摩尔比为1:6，搅拌时间大于2小时。

优选的，所述含银前驱物包括硝酸银、硝酸银中的一种，和/或，所述还原剂为硼氢化钠、硫代硫酸钠、双氧水中的至少一种，优选硼氢化钠。

本领域人员应当理解，如前所述，利用本发明的稳定剂对纳米银进行修饰时，对被修饰的纳米银的制备方法没有限制。本发明所得稳定性增强的纳米银的稳定性是源于纳米银颗粒可与本发明稳定剂进行结合，并形成水化层并改变了纳米银的等电点。

本发明制备所述的稳定性增强的纳米银，既可以采用一步原位还原法又可以采用两步法。一步法是稳定剂与含银前驱物复合，利用配体的酚羟基均匀分散含银前驱物，然后加入还原剂还原得到纳米银。两步法为首先利用还原法制备出纳米银颗粒，再通过稳定剂对纳米银进行修饰。两种方法工艺都非常简单，反应制备的纳米银都能达到应用的效果。

本发明的另外一个目的在于提供上述稳定性增强的纳米银在抗菌方面的应用，所述应用包括在制革、纺织、医药方面的应用。

本领域人员容易理解，由于纳米银稳定性高、粒径小，可应用于众多领域，并具有极强的抗菌能力和广谱抗菌性。

特别的，本发明提供了利用上述稳定性增强的纳米银在革制品的深层长效抗菌方面的应用；应用时，在酸皮阶段，将纳米银在主鞣前或主鞣后进行填充，转鼓中转动20min，停10min循环3次处理，使修饰的纳米银充分达到胶原纤维之间，之后鞣制成成革。

如本发明的应用例显示，本发明的纳米银在在革制品的深层长效抗菌方面具有非常优秀的抗菌效果。

本发明的有益效果：

1）本发明所得纳米银在高盐环境、广泛pH以及PBS中均具有非常优秀的稳定性；

2）本发明纳米银的制备方法，工艺简单、易于实施；

3）本发明所得纳米银可用于抗菌领域的使用，具有十分优秀的抗菌效果。

附图说明

图1以硝酸银为含银前驱物，以硼氢化钠为还原剂，用没食子酸和多巴胺作为稳定剂制备混合电荷层表面修饰的纳米银的过程；其中Gallic acid意为没食子酸，Dopamine意为多巴胺，reduction意为还原反应，Ag NP意为银纳米粒子；

图2为实施例1中正负电荷摩尔比为0.5:0.5的稳定剂表面修饰纳米银的紫外图谱,其中Wavelength意为波长，Absorbance意为吸光度；

图3为实施例1中正负电荷摩尔比为0.5:0.5的稳定剂表面修饰纳米银在高浓度的NaCl溶液条件下的紫外图谱，其中Wavelength意为波长，Absorbance意为吸光度；

图4为实施例1中正负电荷摩尔比为0.5:0.5的稳定剂表面修饰纳米银在PBS溶液条件下的紫外图谱，其中Wavelength意为波长，Absorbance意为吸光度；

图5为实施例1中正负电荷摩尔比为0.5:0.5的稳定剂表面修饰纳米银的TEM图谱；

图6为应用例1中正负电荷摩尔比为0.5:0.5的稳定剂表面修饰纳米银为作为深层抗菌剂的EDX图谱，其中Energy意为能量，Cnt意为X射线的强度，Ag意为银；

图7为应用例1中正负电荷摩尔比为0.5:0.5的稳定剂表面修饰纳米银为作为深层抗菌剂的抑菌圈，（a）为金黄色葡萄球菌的抑菌圈，（b）为大肠杆菌的抑菌圈。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

将没食子酸和多巴胺作为稳定剂与硝酸银溶液按摩尔比为0.5:0.5:1进行复合，然后再逐滴滴加到冰水浴过后的浓度较硝酸银6倍的NaBH4溶液中，快速搅拌，滴加完后陈化一段时间得到混合电荷层修饰的纳米银溶液。制备过程如图1所示。制备得到的混合电荷层表面修饰的纳米银用紫外可见分光光度计表征结果如图2所示，在400nm处出现了吸收峰这说明纳米银的合成是成功的。该纳米银放置于室温下避光至少能稳定保存120天。在考察纳米银在各pH条件下的稳定性时，取1mL纳米银溶液置于各pH溶液中，如表1所示得到的紫外图谱结果是此比例下的纳米银在400nm附近出都存在吸收峰，表明纳米银能很好的在各pH溶液下稳定。在表征纳米银在高盐浓度下的稳定性时，将混合电荷层修饰的纳米银溶液分别置于配制0mM，200mM，500mM，1000mM及2000mM的NaCl盐溶液中，测定结果如图3所示，结果显示紫外峰值依旧在400nm附近处且吸光度与峰宽变化不大，表明修饰的纳米银能很好地存在于高盐NaCl溶液中。在表征纳米银在PBS溶液中的稳定性时，将混合电荷层修饰的纳米银溶液置于配制PBS溶液中，测定结果如图4所示，结果显示紫外峰值依旧在400nm附近处且吸光度与峰宽变化不大，表明修饰的纳米银能很好地存在于PBS溶液中。采用TEM对纳米银进行测定得到如图5的实验结果此比例下的纳米银大小为7.8nm，显示混合电荷层制备的纳米银粒径小，大小均匀，分散性良好。

表1

实施例2

以柠檬酸钠为前体稳定剂对硝酸银进行稳定，即将配制好的柠檬酸钠与硝酸银进行搅拌混合，两者的摩尔比为1：1，然后再逐滴滴加到冰水浴过后的浓度较硝酸银6倍的NaBH₄溶液中，快速搅拌，滴加完后陈化一段时间后，将没食子酸和多巴胺作为稳定剂按照以硝酸银溶液的摩尔比为0.5：0.5:1滴加到上述纳米银溶液中，此过程混合电荷层能替代柠檬酸钠对纳米银的稳定作用从而制备得到混合电荷层表面修饰的纳米银。此纳米银的尺寸大小为6nm，大小均匀且分散性良好，稳定性与实施例1所得纳米银相仿。

实施例3

将没食子酸和多巴胺作为稳定剂与醋酸银溶液按摩尔比为0.4：0.6:1进行复合，然后再逐滴滴加到冰水浴过后的浓度较醋酸银6倍的双氧水溶液中，快速搅拌，滴加完后陈化一段时间得到混合电荷层修饰的纳米银溶液。此纳米银的尺寸大小为5nm，大小均匀且分散性良好，稳定性与实施例1所得纳米银相仿。

实施例4

以柠檬酸钠为前提稳定剂对醋酸银进行稳定，即将配制好的柠檬酸钠与醋酸银进行搅拌混合，两者的摩尔比为1：1，然后再逐滴滴加到冰水浴过后的浓度较醋酸银6倍的双氧水溶液中，快速搅拌，滴加完后陈化一段时间后，将没食子酸和多巴胺作为稳定剂按照以醋酸银溶液的摩尔比为0.4：0.6:1滴加到上述纳米银溶液中，此过程混合电荷层能替代柠檬酸钠对纳米银的稳定作用从而制备得到混合电荷层表面修饰的纳米银。此纳米银的尺寸大小为4nm，大小均匀且分散性良好，稳定性与实施例1所得纳米银相仿。

实施例5

除了没食子酸与多巴胺的摩尔比为1:0.1，稳定剂与纳米银颗粒的摩尔比为0.5:1之外，其余与实施例1一致。所得纳米银的稳定性与实施例1所得纳米银相仿。

实施例6

除了没食子酸与多巴胺的摩尔比为0.1:1之外，其余与实施例1一致。所得纳米银的稳定性与实施例1所得纳米银相仿。

对比实施例1

将没食子酸与醋酸银溶液按摩尔比为1:1进行复合，然后再逐滴滴加到冰水浴过后的浓度较醋酸银6倍的硫代硫酸钠溶液中，快速搅拌，滴加完后陈化一段时间得到纳米银溶液。此纳米银的尺寸大小为15nm，大小均匀且分散性良好，但稳定性差。

对比实施例2

以柠檬酸钠为前提稳定剂对醋酸银进行稳定，即将配制好的柠檬酸钠与醋酸银进行搅拌混合，两者的摩尔比为1：1，然后再逐滴滴加到冰水浴过后的浓度较醋酸银6倍的硫代硫酸钠溶液中，快速搅拌，滴加完后陈化一段时间后，将没食子酸按照以醋酸银溶液的摩尔比为1:1滴加到上述纳米银溶液中。得到纳米银的尺寸大小为14nm，大小均匀且分散性良好，但稳定性差。

对比实施例3

将多巴胺与硝酸银溶液按摩尔比为1:1进行复合，然后再逐滴滴加到冰水浴过后的浓度较硝酸银6倍的NaBH4溶液中，快速搅拌，滴加完后陈化一段时间得到纳米银溶液。此纳米银的尺寸大小为10nm，大小均匀且分散性良好，但稳定性差。

对比实施例4

以柠檬酸钠为前提稳定剂对硝酸银进行稳定，即将配制好的柠檬酸钠与硝酸银进行搅拌混合，两者的摩尔比为1：1，然后再逐滴滴加到冰水浴过后的浓度较硝酸银6倍的NaBH4溶液中，快速搅拌，滴加完后陈化一段时间后，将多巴胺按照以硝酸银溶液的摩尔比为1:1滴加到上述纳米银溶液中。所得纳米银的尺寸大小为8nm，大小均匀且分散性良好，但稳定性差。

应用例1

起填充作用的皮革深度抗菌应用：

（1）在最为膨胀阶段的酸皮（绵羊皮）阶段开始，将10mg/L实施例1所得纳米银在主鞣前或主鞣后进行填充，转鼓中转动20min，停10min循环3次处理，使纳米银充分达到胶原纤维之间，之后鞣制成成革。测试成革的物理相关性能如收缩温度、抗张强度、撕裂强度和丰满度等参数，实验结果显示填充后效果影响不大。

(2)表征填充效果时取内部绵羊皮样采用EDX元素分析得到填充后的纳米银含量，实验结果如图6所示，Ag的百分含量为4.67％，表明纳米银能在内部对绵羊皮样进行填充。

(3)填充后的绵羊皮干燥之后，剪取直径为13mm的圆形皮样置于含有金黄色葡萄球菌或大肠杆菌的培养基中(菌种为典型的革兰氏性阳细菌和阴性细菌)，培养12小时后实验结果如图7所示，得到明显的金黄色葡萄球菌(a)的抑菌圈大小为10.2mm和大肠杆菌(b)抑菌圈大小为9.4mm，之后连续培养5天抑菌圈大小分别为9.0mm和8.2mm,这表明起填充作用的皮革深度抗菌的混合电荷层修饰的纳米银能很好的起到抗菌作用。

Claims (14)

1.一种稳定性增强的纳米银，其特征在于，所述纳米银包括纳米银颗粒和稳定剂；所述稳定剂包括没食子酸和多巴胺，所述没食子酸和多巴胺的摩尔比为1:0.1～0.1:1；所述纳米银的粒径为5～100nm；所述纳米银在高盐浓度条件、广泛pH值范围或PBS中均具有优异的稳定性能，即：所述纳米银在NaCl浓度不高于2000mM、在pH为1～13、或在PBS的环境下，其紫外峰值仍在400nm附近，且吸光度和峰宽变化不大。

2.根据权利要求1所述的纳米银，其特征在于，稳定剂与纳米银颗粒的摩尔比大于0.5:1；其中纳米银颗粒的摩尔量以制备纳米银所用硝酸银中含有的银离子的摩尔量计算。

3.根据权利要求1所述的纳米银，其特征在于，稳定剂与纳米银颗粒的摩尔比为1:1；其中纳米银颗粒的摩尔量以制备纳米银所用硝酸银中含有的银离子的摩尔量计算。

4.根据权利要求1所述的纳米银，其特征在于，所述纳米银的粒径为5～14nm。

5.制备如权利要求1～4任一项所述纳米银的方法，其特征在于，所述方法的步骤包括如下：

1)按照稳定剂与含银前驱物的摩尔比大于0.5:1，混合，并在常温下搅拌均匀；

2)向步骤1)所得物中逐渐滴入还原剂；避光搅拌，获得稳定剂修饰的纳米银。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述含银前驱物包括硝酸银、醋酸银中的一种，和/或，所述还原剂为硼氢化钠、硫代硫酸钠、双氧水中的至少一种。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述还原剂为硼氢化钠。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述稳定剂与含银前驱物的摩尔比为1:1。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2)中，含银前驱物中银离子与还原剂的摩尔比为1:6，搅拌时间大于2小时。

10.制备如权利要求1～4任一项所述纳米银的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)按摩尔比1:0.1～0.1:1，将没食子酸和多巴胺混合，得到稳定剂；

2)按照稳定剂与纳米银颗粒的摩尔比大于0.5:1的比例，向纳米银颗粒中加入步骤1)所得稳定剂，其中纳米银颗粒的摩尔量以制备纳米银所用物质含有的银离子的摩尔量计算。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述纳米银是通过还原法制备而得，所用还原剂包括硼氢化钠、硫代硫酸钠、双氧水中的至少一种。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述还原剂为硼氢化钠。

13.如权利要求1～4任一项所述的纳米银在抗菌方面的应用，其特征在于，所述应用包括在制革、纺织、医药方面的应用。

14.根据权利要求13所述的应用，其特征在于，所述应用为在革制品的深层长效抗菌方面的应用；应用时，在酸皮阶段，将纳米银在主鞣前或主鞣后进行填充，转鼓中转动20min，停10min循环3次处理，使修饰的纳米银充分达到胶原纤维之间，之后鞣制成成革。