CN107347913A

CN107347913A - 纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子复合杀菌剂的制备方法

Info

Publication number: CN107347913A
Application number: CN201710449036.1A
Authority: CN
Inventors: 王会巧; 徐坤; 张帆; 张一帆
Original assignee: Nanyang Normal University
Current assignee: Nanyang Normal University
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2017-11-17

Abstract

本发明公开了一种纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子复合杀菌剂的制备方法，包括以下步骤：⑴、用滤纸吸附金纳米粒子；⑵、将步骤⑴吸附有金纳米粒子的滤纸，加入硝酸银溶液中，发生还原反应，得到纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子。本发明采用廉价易得的普通滤纸作为模板，在其表面通过种子生长的方法制备银包金核壳纳米粒子，得到纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子组装体。这种纸基含银微生物杀菌剂对Au@AgNP的组装效率高，操作简便；另外整个实验过程减少了有毒化学试剂的使用，降低了杀菌剂的生产制作成本，也不需要大型仪器的参与，相对于其他杀菌剂制备方法有更高的实际应用性。

Description

纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子复合杀菌剂的制备方法

技术领域

本发明涉及杀菌剂技术领域，尤其是一种纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子复合杀菌剂的制备方法。

背景技术

自古以来，银的广谱抗菌活性得到了广泛认知，含银抗菌剂已被广大医护人员用于伤口处理等方面。除了Ag离子（Ag⁺），文献报道Ag纳米粒子（AgNPs）也具有抗菌活性，可以抑制包括革兰氏阴性大肠杆菌( Escherichia coli，E. coli )在内的多种细菌。与Ag离子不同，AgNPs的抗菌活性和细胞毒性受很多因素的影响，比如AgNPs的粒径和形貌等。较小的AgNPs由于具有更高的比表面积和较好的细胞穿透能力，有更好的抗菌活性。

为了得到溶液中稳定的AgNPs，许多工作者采用聚合物、葡聚糖等大分子稳定剂辅助合成AgNPs，这些聚合物或微球的使用虽然会得到粒径均匀的AgNPs，但也大大降低Ag的抗菌活性。水溶液中稳定且分散良好的AgNP组装结构可以避免单个Ag纳米粒子在溶液中发生聚集的问题，目前文献报道的AgNP 组装结构中采用较多的是在一维、二维或三维模板上原位还原Ag纳米颗粒的方法来制备，常见的模板有微球（如TiO₂球，聚苯乙烯球或Fe₃O₄与TiO₂核壳微球等）、碳纳米管、石墨烯、纤维素等。

例如，Bhatti等人报道合成了AgNPs修饰的碳纳米管（CNTs），不同的修饰时间可以得到不同粒径的AgNPs，对大肠杆菌显示出不同的杀菌活性。（S. Javeria Kazmi, M.A.Shehzada, S. Mehmood, M. Yasara Aisha Naeem, A.S. Bhatti. Sensors andActuators A, 2014,216: 287–294），但存在负载效率低的问题，如果在溶液中使用，还容易出现团聚的问题。

Zhang等人通过种子生长的方法合成了AgNPs修饰的Fe₃O₄@SiO₂核壳纳米微球，纳米粒子的粒径和修饰密度都可以很好的进行调控，所得产品证实对多种微生物有杀菌活性。（Miaomiao Li, 1,Wenjie Wu, 1, Ru Qiao , Linxiang Tan, Zhengquan Li, YongZhang. Journal of Alloys and Compounds 2016,676, 113-119）。存在模板制作麻烦的问题，需要很多分离和纯化步骤，过程繁琐。

Wang等人采用季铵盐化的羧甲基壳聚糖、有机蒙脱石以及Ag纳米粒子制备出新型的杀菌纸，对细菌微生物有很好的杀菌效果。（Yunzhi Ling, Yuqiong Luo, Jiwen Luo,Xiaoying Wang, Runcang Sun. Industrial Crops and Products. 2013,51,470– 479）。也存在模板制作繁琐的问题，除此之外，实验过程中还需要使用微波处理，在实际应用中存在不便。

这些AgNP 组装结构虽然有相对较好的粒径分布和微生物抗菌效果，但也存在一些缺点有待改进。因此需要发明一种合适的、简单易得的纳米模板来组装高密度的AgNPs阵列，并通过这种二维组装结构提高细菌外部Ag 纳米粒子的局部浓度，增强其抗菌活性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子复合杀菌剂的制备方法，操作简单，Au@AgNP的组装效率高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子复合杀菌剂的制备方法，包括以下步骤：

⑴、用滤纸吸附金纳米粒子；

⑵、将步骤⑴吸附有金纳米粒子的滤纸，加入硝酸银溶液中，发生还原反应，得到纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子。

2、如权利要求1所述纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子复合杀菌剂的制备方法，其特征在于：步骤⑴具体为：将滤纸剪切成方块，放入金纳米粒子溶液中浸泡0.8～1.5h。

3、如权利要求1或2所述纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子复合杀菌剂的制备方法，其特征在于：金纳米粒子的尺寸为3～7nm。

4、如权利要求1所述纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子复合杀菌剂的制备方法，其特征在于：步骤⑵具体为：吸附有金纳米粒子的滤纸置于硝酸银溶液中浸泡1.6～2.5h，加入聚乙烯吡咯烷酮和抗坏血酸溶液，发生还原反应0.8～1.5h，取出滤纸，80℃烘干。

5、如权利要求4所述纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子复合杀菌剂的制备方法，其特征在于：聚乙烯吡咯烷酮质量浓度为1%。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：采用廉价易得的普通滤纸作为模板，在其表面通过种子生长的方法制备银包金核壳纳米粒子，得到纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子组装体。这种纸基含银微生物杀菌剂对Au@AgNP的组装效率高，操作简便；另外整个实验过程减少了有毒化学试剂的使用，降低了杀菌剂的生产制作成本，也不需要大型仪器的参与，相对于其他杀菌剂制备方法有更高的实际应用性。

附图说明

图1为本发明滤纸上面Au@Ag核壳纳米粒子的透射电子显微镜（TEM）照片，A中标尺为20nm，B中标尺为200 nm；

图2为大肠杆菌与纸基二维复合杀菌剂作用前的TEM照片，可以清楚的看到大肠杆菌形状饱满，细胞完好无损；

图3为大肠杆菌与纸基二维复合杀菌剂作用后的TEM照片，可以清楚的看到大肠杆菌的细胞破损，杀菌材料将细胞壁破坏，并进入到细胞内部；

图4为大肠杆菌与不同剂量纸基二维复合杀菌剂作用后的吸收光谱曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

一种纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子复合杀菌剂的制备方法，包括以下过程：滤纸先吸附金纳米粒子（AuNPs）,此时滤纸上面呈现红色；再以AuNPs为种子，还原硝酸银（AgNO₃）得到银包金（Au@Ag）核壳纳米粒子，与滤纸复合成为二维组装体，此时滤纸上面呈现黑色。通过测量透射电子显微镜来观察核壳纳米粒子的形貌，制样时需要将样品滴在碳膜覆盖的铜网上面。由于Au核在碳膜上的衬度高于Ag，可以看到Au核（颜色较黑）外面包裹一层Ag壳（颜色稍淡），厚度有几个nm，如图1所示。

将上述制得的纸基二维复合杀菌剂，用于大肠杆菌（E.coli）的抗菌活性实验中，通过测量E.coli的吸收光谱、表征微生物的形貌来分析二维复合体的抗菌活性。较高的杀菌活性可以完全将E.coli杀死，从而抑制E.coli的生长，使吸收光谱值（optical density，OD值）不发生变化，透射电子显微镜照片中显示E.coli的细胞被破坏，不再完整；如图2-4所示。

本发明纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子复合杀菌剂的完整制备方法如下：

1、采用的LB培养基按照标准配方用胰蛋白胨、酵母提取物、氯化钠配置得到并调节pH到7.4，经高温杀菌后备用；所使用化学试剂均为从试剂公司购买的分析纯化学药品；定性滤纸为市售；瓶装娃哈哈纯净水从超市购买得到。

2、滤纸-AuNP 组装结构制备：将滤纸剪成一定尺寸大小的方块，并将剪好的滤纸放入直径为10cm的培养皿中，然后加入10 mL含有一定浓度为的5 nm AuNPs 溶液中，浸泡吸附1h，然后将滤纸取出放于室温干燥。

3、纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子复合杀菌剂制备：向一块已经吸附好AuNPs的滤纸上加入20 µL 不同浓度的硝酸银（AgNO₃）中，吸附2h，然后将滤纸取出，再加入一定量的 1%的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和一定量的抗坏血酸（L-AA）溶液将AgNO₃还原。反应进行1 h，然后将滤纸取出，放于80℃烘干备用。

4、抗菌实验：在实验之前，所有样品及器材均在120℃高压灭菌20 min 以保证无菌条件。实验中，向1.2 mL LB培养基中加入最终浓度为10⁶ CFU/mL 的大肠杆菌（E.coli）细菌样品，然后加入不同剂量的纸基Au@Ag纳米粒子复合组装体样品，在32℃和150 rpm 摇床上生长培养。细菌生长状况和浓度通过测量600 nm 处的吸光值（OD 值）来确定，并根据吸光值绘制细菌生长曲线，实验中如果发现细菌的吸光值很高，需要将样品稀释后再测定。通过测量吸收曲线和透射电子显微镜对样品形貌和杀菌效果进行表征。

本发明的优点：

1）与已有技术方法相比，本发明采用滤纸为模板，价格低廉，使用方便，不需要大型仪器的辅助合成，降低了杀菌剂的制备成本和过程；

2）滤纸有较好的吸附作用，故相比于之前的技术，本发明所得Au@Ag核壳纳米粒子具有粒径均匀、溶液稳定性好的优势。

3）本发明所制备的杀菌剂二维组装面积大，与细菌等微生物能够有较大的接触面积，杀菌活性高；

4）本发明所制备的二维复合杀菌剂组装效率高，用量少，杀菌效果好。

5）杀菌剂使用过后回收方便，滤纸易降解，对环境没有污染

6）本发明体系操作简单、快捷。

实例1:

将滤纸剪成大小的方块，并将20块剪好的滤纸放入直径为10cm的培养皿中，然后加入10 mL含有20 nM浓度为的5 nm AuNPs 溶液中，浸泡吸附1h，然后将滤纸取出，放于室温干燥12 h。剩下的AuNPs溶液的浓度通过测量紫外-可见吸收光谱进行定量，并反推得到滤纸上面吸附AuNPs的浓度。接着，向已经吸附好AuNPs的滤纸上面滴加20μL 20mM的硝酸银（AgNO₃）中，吸附2h，然后再加入20μL 1 %的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和20µL0.05M的抗坏血酸（L-AA）将AgNO₃还原。反应进行1 h，然后将滤纸取出，放于80℃烘干备用。在抗菌实验之前，所有样品及器材均在120℃高压灭菌20 min 以保证无菌条件。实验中，向1.2 mL LB培养基中加入最终浓度为10⁶ CFU/mL 的大肠杆菌（E.coli）细菌样品，然后加入5块制备的纸基Au@Ag纳米粒子复合组装体样品（Ag含量在3.24mg/L），在32℃和150 rpm 摇床上生长培养48 h。细菌生长状况和浓度通过测量600 nm 处的吸光值（OD 值）来确定，并根据吸光值绘制细菌生长曲线，实验中如果发现细菌的吸光值很高，需要将样品稀释后再测定。实现中观察到这个浓度的纸基复合杀菌剂可以抑制大肠杆菌的生长长达23h。

实例2：

将滤纸剪成大小的方块，并将20块剪好的滤纸放入直径为10cm的培养皿中，然后加入10 mL含有20 nM浓度为的5 nm AuNPs 溶液中，浸泡吸附1h，然后将滤纸取出，放于室温干燥12 h。接着，向已经吸附好AuNPs的滤纸上滴加20μL 50mM的AgNO₃，吸附2h，然后再加入20μL 1 %的PVP）和20µL0.1M的L-AA将AgNO₃还原。反应进行1 h，然后将滤纸取出，放于80℃烘干备用。在抗菌实验之前，所有样品及器材均在120℃高压灭菌20 min 以保证无菌条件。实验中，向1.2 mL LB培养基中加入最终浓度为10⁶ CFU/mL 的大肠杆菌（E.coli）细菌样品，然后加入5块制备的纸基Au@Ag纳米粒子复合组装体样品（Ag含量在6.48mg/L），在32℃和150 rpm 摇床上生长培养48 h。细菌生长状况和浓度通过测量600 nm 处的吸光值（OD 值）来确定，并根据吸光值绘制细菌生长曲线，实验中如果发现细菌的吸光值很高，需要将样品稀释后再测定。实验中观察到这个浓度的纸基复合杀菌剂可以抑制大肠杆菌的生长长达33h。

实例3：

将滤纸剪成大小的方块，并将20块剪好的滤纸放入直径为10cm的培养皿中，然后加入10 mL含有50 nM浓度为的5 nm AuNPs 溶液中，浸泡吸附1h，然后将滤纸取出，放于室温干燥12 h。接着，向已经吸附好AuNPs的滤纸上滴加20μL 100mM AgNO₃，吸附2h，然后再加入20μL 1 %的PVP和20µL 0.2M的L-AA将AgNO₃还原。反应进行1 h，然后将滤纸取出，放于80℃烘干备用。在抗菌实验之前，所有样品及器材均在120℃高压灭菌20 min 以保证无菌条件。实验中，向1.2 mL LB培养基中加入最终浓度为10⁶ CFU/mL 的大肠杆菌（E.coli）细菌样品，然后加入5块制备的纸基Au@Ag纳米粒子复合组装体样品（Ag含量在14.4mg/L），在32℃和150 rpm 摇床上生长培养48 h。细菌生长状况和浓度通过测量600 nm 处的吸光值（OD 值）来确定，并根据吸光值绘制细菌生长曲线，实验中如果发现细菌的吸光值很高，需要将样品稀释后再测定。实验中观察到这个浓度的纸基复合杀菌剂可以抑制大肠杆菌的生长长达48h。

实例4：

将滤纸剪成大小的方块，并将20块剪好的滤纸放入直径为10cm的培养皿中，然后加入10 mL含有50 nM浓度为的5 nm AuNPs 溶液中，浸泡吸附1h，然后将滤纸取出，放于室温干燥12 h。接着，向已经吸附好AuNPs的滤纸上滴加20μL 150mM的AgNO₃中，吸附2h，然后再加入20μL 1 %的PVP和20µL0.2M的L-AA将AgNO₃还原。反应进行1 h，然后将滤纸取出，放于80℃烘干备用。在抗菌实验之前，所有样品及器材均在120℃高压灭菌20 min 以保证无菌条件。实验中，向1.2 mL LB培养基中加入最终浓度为10⁶ CFU/mL 的大肠杆菌（E.coli）细菌样品，然后加入5块制备的纸基Au@Ag纳米粒子复合组装体样品（Ag含量在20mg/L），在32℃和150 rpm 摇床上生长培养48 h。细菌生长状况和浓度通过测量600 nm处的吸光值（OD 值）来确定，并根据吸光值绘制细菌生长曲线，实验中如果发现细菌的吸光值很高，需要将样品稀释后再测定。实验中观察到这个浓度的纸基复合杀菌剂可以抑制大肠杆菌的生长长达48h。

实例 5：

将滤纸剪成大小的方块，并将20块剪好的滤纸放入直径为10cm的培养皿中，然后加入10 mL含有10 nM浓度为的5 nm AuNPs 溶液中，浸泡吸附1h，然后将滤纸取出，放于室温干燥12 h。接着，向已经吸附好AuNPs的滤纸上滴加20μL 150mM的AgNO₃中，吸附2h，然后再加入20μL 1 %的PVP和20µL 0.3M的L-AA。反应进行1 h，然后将滤纸取出，放于80℃烘干备用。在抗菌实验之前，所有样品及器材均在120℃高压灭菌20 min 以保证无菌条件。实验中，向1.2 mL LB培养基中加入最终浓度为10⁶ CFU/mL 的大肠杆菌（E.coli）细菌样品，然后加入5块制备的纸基Au@Ag纳米粒子复合组装体样品（Ag含量在20mg/L），在32℃和150 rpm 摇床上生长培养48 h。细菌生长状况和浓度通过测量600 nm 处的吸光值（OD 值）来确定，并根据吸光值绘制细菌生长曲线，实验中观察到这个浓度的纸基复合杀菌剂可以完全抑制大肠杆菌的生长。

实例 6：

将滤纸剪成大小的方块，并将20块剪好的滤纸放入直径为10cm的培养皿中，然后加入10 mL含有50 nM浓度为的5 nm AuNPs 溶液中，浸泡吸附1h，然后将滤纸取出，放于室温干燥12 h。接着，将已经吸附好AuNPs的滤纸加入到20μL H₂O，吸附2h，然后再加入20μL 1 %的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和20μL 0.1M的抗坏血酸（L-AA）。反应进行1 h，然后将滤纸取出，用纯净水将多余的反应试剂冲洗掉，最后将制备好的纸基Au@Ag纳米粒子复合组装体放于80℃烘干备用。在抗菌实验之前，所有样品及器材均在120℃高压灭菌20 min 以保证无菌条件。实验中，向1.2 mL LB培养基中加入最终浓度为10⁶ CFU/mL 的大肠杆菌（E.coli）细菌样品，然后加入5块制备的纸基Au@Ag纳米粒子复合组装体样品（Ag含量在14.4mg/L），在32℃和150 rpm 摇床上生长培养48 h。细菌生长状况和浓度通过测量600 nm处的吸光值（OD 值）来确定，并根据吸光值绘制细菌生长曲线，实验中观察到没有Ag还原的纸基复合杀菌剂对照样品对大肠杆菌没有杀菌活性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子复合杀菌剂的制备方法，包括以下步骤：

⑴、用滤纸吸附金纳米粒子；

2.如权利要求1所述纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子复合杀菌剂的制备方法，其特征在于：步骤⑴具体为：将滤纸剪切成方块，放入金纳米粒子溶液中浸泡0.8～1.5h。

3.如权利要求1或2所述纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子复合杀菌剂的制备方法，其特征在于：金纳米粒子的尺寸为3～7nm。

4.如权利要求1所述纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子复合杀菌剂的制备方法，其特征在于：步骤⑵具体为：吸附有金纳米粒子的滤纸置于硝酸银溶液中浸泡1.6～2.5h，加入聚乙烯吡咯烷酮和抗坏血酸溶液，发生还原反应0.8～1.5h，取出滤纸，80℃烘干。

5.如权利要求4所述纸基二维Au@Ag核壳纳米粒子复合杀菌剂的制备方法，其特征在于：聚乙烯吡咯烷酮质量浓度为1%。