CN108042809A - 一种抑菌功能化氧化石墨烯的制备方法 - Google Patents

一种抑菌功能化氧化石墨烯的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抑菌功能化氧化石墨烯的制备方法，包括：制备氧化石墨烯分散液；配制含有氨丙基三乙氧基硅烷、无水乙醇、去离子水的混合溶液；将混合溶液与氧化石墨烯分散液混合，制备得到改性氧化石墨烯，并分散至去离子水中；将阿莫西林溶解于pH值为5.5‑6.5的MES缓冲溶液中，再加入1‑(3‑二甲氨基丙基）‑3‑乙基碳二亚胺和N‑羟基琥珀酰亚胺；与改性氧化石墨烯分散液混合，室温搅拌20‑36小时，离心、洗涤后冷冻干燥，得到抑菌功能化氧化石墨烯。本发明制备方法简单，反应条件温和，绿色无污染，产品有效地对抗生素阿莫西林和氧化石墨烯进行联合应用，可以提高生物活性、扩大抗菌谱、降低抗生素用量，减少耐药菌株的产生，对于单药无法治疗的感染有很好疗效。

Description

一种抑菌功能化氧化石墨烯的制备方法
技术领域
本发明涉及生物医药领域抗菌材料，特别涉及一种抑菌功能化氧化石墨烯的制备方法。
背景技术
石墨烯，是仅由一层碳原子构成的二维原子晶体，是目前世界上发现的排列最薄的碳材料。氧化石墨烯是石墨烯衍生物的一种，与石墨烯不同的是，氧化石墨烯表面具有丰富的含氧官能团，这些含氧官能团的存在丰富了氧化石墨烯的化学活性，使其易于修饰和功能化。由于这些基团的反应活性不同，可以通过合理的选择反应条件，控制反应发生在某种基团上。此外，许多小分子反应的路线可以直接应用于氧化石墨烯的改性，可通过分子设计使其具备不同的性能。
近年来，人们对氧化石墨烯进行了大量的研究，发现氧化石墨烯具有一定的抗菌性，但氧化石墨烯作为独立的抗菌剂使用时，其抗菌效果并不明显，而且其抗菌效果与剂量有明显的依赖性。此外，随着抗生素的滥用，许多细菌产生耐药性成为“超级细菌”，由于耐药细菌的发展，部分的抗生素已经不能达到杀菌的要求。抗生素和其他抗菌剂的合理联合应用显得愈发重要。
发明内容
发明目的：为了解决上述问题，本发明提供一种抑菌功能化氧化石墨烯的制备方法，制备方法简单，绿色无污染，且抗菌性能优越，可广泛应用于生物医疗领域。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种抑菌功能化氧化石墨烯的制备方法，包括如下步骤：
1)将氧化石墨烯分散加入到无水乙醇中，超声分散10-30分钟，得到氧化石墨烯分散液；
2)配制含有2-10％氨丙基三乙氧基硅烷、75-85％无水乙醇、5-15％去离子水的混合溶液，用乙酸调pH至4-5，在室温下水解3-5小时；
3)将步骤2)溶液与步骤1)的氧化石墨烯分散液混合，用氢氧化钠调节体系的pH至7-10，再在60-80℃条件下搅拌6-10小时，离心、洗涤后进行冷冻干燥，得到改性氧化石墨烯；
4)将上述改性氧化石墨烯分散至去离子水中，超声分散10-30min，得到浓度为0.1-0.5mg/mL的改性氧化石墨烯分散液；
5)将0.1-0.5mg/mL阿莫西林溶解于pH值为5.5-6.5的MES缓冲溶液中，再加入浓度为0.5-2mg/mL的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和浓度为1-4mg/mL的N-羟基琥珀酰亚胺，搅拌2-5小时；
6)与步骤3)得到的改性氧化石墨烯分散液混合，室温搅拌20-36小时，离心、洗涤后冷冻干燥，得到抑菌功能化氧化石墨烯。
步骤1)中，氧化石墨烯分散液浓度为0.5-2mg/mL。
步骤3)中，改性氧化石墨烯分散液浓度为0.1-0.5mg/mL。
步骤5)中，阿莫西林在MES缓冲溶液中的浓度为0.1-0.5mg/mL。
所述的抑菌功能化氧化石墨烯的制备方法所得到的抑菌功能化氧化石墨烯。
所述的抑菌功能化氧化石墨烯，结构式为：
所述的抑菌功能化氧化石墨烯在抑菌中的应用。
有益效果：与现有技术相比，本发明利用抗生素功能化修饰氧化石墨烯，有效地对抗生素阿莫西林和氧化石墨烯进行合理的联合应用，可以提高生物活性、扩大抗菌谱、降低抗生素用量，减少和延缓耐药菌株的产生，对于单药无法治疗的感染也有很好的疗效。所提供的抑菌功能化氧化石墨烯的制备方法，溶剂为水和乙醇，不需要避光，是一种绿色、环境友好、简便易得的制备方法，在生物医药领域有较高的应用价值。经试验证实，所制备的抑菌功能化氧化石墨烯，对金黄色葡萄糖球菌和大肠杆菌抑菌率均可以达到100％，抑菌效果显著，同等抑菌率下，有效减少了阿莫西林的用量，同时在使用中，抑菌功能化氧化石墨烯没有释放阿莫西林，进而有效地避免了抗生素的滥用问题。
附图说明
图1是氧化石墨烯的AFM图；
图2是实施例1所制备的抑菌功能化氧化石墨烯的AFM图；
图3是氧化石墨烯的TEM图；
图4是实施例1所制备的抑菌功能化氧化石墨烯的TEM图。
图5是实施例1所制备的抑菌功能化氧化石墨烯对大肠杆菌的抑菌圈图片。
图6是实施例1所制备的抑菌功能化氧化石墨烯对金黄色葡萄球菌的抑菌圈图片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种抑菌功能化氧化石墨烯的制备方法，步骤如下：
1)将5mg氧化石墨烯分散加入到5mL无水乙醇中，超声500W分散10分钟；
2)配制含有2mL氨丙基三乙氧基硅烷、16mL无水乙醇、2mL去离子水的混合溶液，用乙酸调pH至4，在室温下水解5小时；
3)将步骤2)溶液与氧化石墨烯分散液混合，用氢氧化钠调节体系的pH至7，再在70℃条件下搅拌6小时，离心、洗涤后进行冷冻干燥，得到改性氧化石墨烯；
4)将上述改性氧化石墨烯2mg分散至10mL去离子水中，超声分散10分钟；
5)将20mg阿莫西林溶解于10mLpH值为5.5的MES缓冲溶液中，再加入0.008g的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和0.012g的N-羟基琥珀酰亚胺，搅拌3小时；
6)与步骤3)得到的改性氧化石墨烯分散液混合，室温搅拌24小时，离心、洗涤后冷冻干燥，得到抑菌功能化氧化石墨烯。
所制备的抑菌功能化氧化石墨烯，结构式为：
对制备的抑菌功能化氧化石墨烯进行性能测试，具体如下：
1)原子力显微镜(AFM)测试
氧化石墨烯和抑菌功能化氧化石墨烯的原子力显微镜图，如图1和图2所示。从图中可以看到单层氧化石墨烯的厚度为1纳米，而抑菌功能化氧化石墨烯的厚度明显变厚，增加到2.3纳米。
2)透射电镜(TEM)测试
氧化石墨烯和抑菌功能化氧化石墨烯的透射电镜照片，如图3和图4所示。从图中可以看到单层氧化石墨烯为半透明的片状结构，而抑菌功能化氧化石墨烯的半透明性明显降低，转为不透明的片状，与原子力显微镜结果一致，表明抑菌功能化氧化石墨烯的成功制备。
3)抑菌圈测试
将抑菌功能化氧化石墨烯分散液滴在圆形滤纸上，再进行干燥和紫外杀菌处理。将含有一定量大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的菌液分别均匀涂于固体培养基上，再把无菌的样品放置到培养基上，在恒温培养箱中37℃过夜培养。
抑菌功能化氧化石墨烯对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈照片，分别如图5和图6所示。从图中可以清楚地看到在抑菌功能化氧化石墨烯的周围没有出现抑菌圈，说明该方法制备的抑菌功能化氧化石墨烯没有释放阿莫西林，进而有效地避免了抗生素的滥用问题。
实施例2
一种抑菌功能化氧化石墨烯的制备方法，步骤如下：
1)将7mg氧化石墨烯分散加入到5mL无水乙醇中，超声700W分散20分钟；
2)配制含有2mL氨丙基三乙氧基硅烷、17mL无水乙醇、1mL去离子水的混合溶液，用乙酸调pH至4.5，在室温下水解4小时；
3)将步骤2)溶液与氧化石墨烯分散液混合，用氢氧化钠调节体系的pH至10，再在80℃条件下搅拌8小时，离心、洗涤后进行冷冻干燥，得到改性氧化石墨烯；
4)将上述改性氧化石墨烯3mg分散至10mL去离子水中，超声分散10分钟；
5)将30mg阿莫西林溶解于10mLpH值为6.5的MES缓冲溶液中，再加入0.010g的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和0.015g的N-羟基琥珀酰亚胺，搅拌5小时；
6)与步骤3)得到的改性氧化石墨烯分散液混合，室温搅拌30小时，离心、洗涤后冷冻干燥，得到抑菌功能化氧化石墨烯。
实施例3
一种抑菌功能化氧化石墨烯的制备方法，步骤如下：
1)将10mg氧化石墨烯分散加入到10mL无水乙醇中，超声400W分散30分钟；
2)配制含有3mL氨丙基三乙氧基硅烷、15mL无水乙醇、2mL去离子水的混合溶液，用乙酸调pH至5，在室温下水解5小时；
3)将步骤2)溶液与氧化石墨烯分散液混合，用氢氧化钠调节体系的pH至8，再在60℃条件下搅拌10小时，离心、洗涤后进行冷冻干燥，得到改性氧化石墨烯；
4)将上述改性氧化石墨烯5mg分散至10mL去离子水中，超声分散30分钟；
5)将40mg阿莫西林溶解于10mLpH值为6.5的MES缓冲溶液中，再加入0.015g的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和0.025g的N-羟基琥珀酰亚胺，搅拌5小时；
6)与步骤3)得到的改性氧化石墨烯分散液混合，室温搅拌36小时，离心、洗涤后冷冻干燥，得到抑菌功能化氧化石墨烯。
实施例4
一种抑菌功能化氧化石墨烯的制备方法，步骤如下：
1)将8mg氧化石墨烯分散加入到10mL无水乙醇中，超声600W分散25分钟；
2)配制含有2.5mL氨丙基三乙氧基硅烷、16mL无水乙醇、1.5mL去离子水的混合溶液，用乙酸调pH至4，在室温下水解4小时；
3)将步骤2)溶液与氧化石墨烯分散液混合，用氢氧化钠调节体系的pH至9，再在75℃条件下搅拌8小时，离心、洗涤后进行冷冻干燥，得到改性氧化石墨烯；
4)将上述改性氧化石墨烯4mg分散至10mL去离子水中，超声分散25分钟；
5)将35mg阿莫西林溶解于10mLpH值为6的MES缓冲溶液中，再加入0.018g的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和0.030g的N-羟基琥珀酰亚胺，搅拌4.5小时；
6)与步骤3)得到的改性氧化石墨烯分散液混合，室温搅拌20小时，离心、洗涤后冷冻干燥，得到抑菌功能化氧化石墨烯。
实施例5抑菌性能测试
采用液态培养体系，在20mL胰蛋白胨大豆肉汤培养基(TSB)中加入菌液，以不加样品为空白对照组，分别加入20mg抑菌功能化氧化石墨烯、20mg氧化石墨烯、20mg阿莫西林，做对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑菌实验，在温度为37℃的摇床中培养8小时后，采用稀释涂平板的方法，对存活细菌进行计数，抑菌率由下列公式计算：
R(％)＝(N空白-N试样)/N试样×100％
其中，N空白和N试样分别为空白对照锥形瓶和添加抑菌功能化氧化石墨烯锥形瓶内的菌落数。经过计算，抑菌率结果如表1所示。
表1抑菌率结果
抑菌率 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 氧化石墨烯 阿莫西林
大肠杆菌 100％ 100％ 100％ 100％ 1％ 100％
金黄色葡萄球菌 100％ 100％ 100％ 100％ 0％ 100％
由表1可以得知，实施例中制备的抑菌功能化氧化石墨烯对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均可以达到100％，同等抑菌率下，有效减少了阿莫西林的用量。

Claims (7)

1.一种抑菌功能化氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将氧化石墨烯分散加入到无水乙醇中，超声分散10-30分钟，得到氧化石墨烯分散液；
2)配制含有2-10％氨丙基三乙氧基硅烷、75-85％无水乙醇、5-15％去离子水的混合溶液，用乙酸调pH至4-5，在室温下水解3-5小时；
3)将步骤2)溶液与步骤1)的氧化石墨烯分散液混合，用氢氧化钠调节体系的pH至7-10，再在60-80℃条件下搅拌6-10小时，离心、洗涤后进行冷冻干燥，得到改性氧化石墨烯；
4)将上述改性氧化石墨烯分散至去离子水中，超声分散10-30min，得到浓度为0.1-0.5mg/mL的改性氧化石墨烯分散液；
5)将0.1-0.5mg/mL阿莫西林溶解于pH值为5.5-6.5的MES缓冲溶液中，再加入浓度为0.5-2mg/mL的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和浓度为1-4mg/mL的N-羟基琥珀酰亚胺，搅拌2-5小时；
6)与步骤3)得到的改性氧化石墨烯分散液混合，室温搅拌20-36小时，离心、洗涤后冷冻干燥，得到抑菌功能化氧化石墨烯。
2.根据权利要求1所述抑菌功能化氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤1)中，氧化石墨烯分散液浓度为0.5-2mg/mL。
3.根据权利要求1所述抑菌功能化氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤3)中，改性氧化石墨烯分散液浓度为0.1-0.5mg/mL。
4.根据权利要求1所述抑菌功能化氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤5)中，阿莫西林在MES缓冲溶液中的浓度为0.1-0.5mg/mL。
5.一种由权利要求1-4任意一项所述的抑菌功能化氧化石墨烯的制备方法所得到的抑菌功能化氧化石墨烯。
6.根据权利要求5所述的抑菌功能化氧化石墨烯，其特征在于，结构式为：
7.权利要求5所述的抑菌功能化氧化石墨烯在抑菌中的应用。
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