CN108552221A - 一种具有近红外吸收特性的硒化铜纳米材料制备方法和抗菌应用 - Google Patents

一种具有近红外吸收特性的硒化铜纳米材料制备方法和抗菌应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种具有近红外吸收特性的硒化铜纳米材料制备方法和抗菌应用。其步骤为：配置一定浓度和体积的牛血清白蛋白溶液，往其中加入一定体积和浓度的二氧化硒溶液，混合均匀，再加入一定量的抗坏血酸，搅拌10‑30分钟，此为溶液A；配置一定浓度和体积的硫酸铜和抗坏血酸溶液，混合均匀，此为溶液B；将溶液B缓慢加入到溶液A中，磁力搅拌3‑12小时，即得硒化铜‑蛋白纳米复合溶液，该溶液在1000nm左右具有近红外吸收特性，且对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有很好的抑菌效果。本发明制备方法简单，反应条件温和，成本低廉，产品具有近红外吸收特性，对革兰氏阳性菌和阴性菌均有很好的抑菌作用，有望应用于生物医学(如抗菌和癌症的光热治疗)、日化洗涤和涂料添加剂等方面。

Description

一种具有近红外吸收特性的硒化铜纳米材料制备方法和抗菌 应用
技术领域
本发明涉及纳米材料制备及抗菌技术应用领域，具体涉及的是一种硒化铜纳米复合材料的制备方法及其应用。
背景技术
细菌感染是危害人类生命健康的主要方式之一，全球每年数以百万的人因为细菌感染而死亡。抗生素是目前对抗细菌感染的主要药物。随着人们对纳米技术的不断研究，逐步发现无机纳米材料在抗菌方面效果比传统的抗生素具有不产生耐药性、耐热性好、抗菌范围广、抗菌时间长和毒性低等优势。这类材料主要包括：纳米银，纳米氧化锌，纳米氧化钛，纳米铜及氧化铜等。常用的制备方法主要包括：化学气相沉积、激光法、化学液相沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、有机溶剂热法等。然而这些方法存在着步骤繁琐、设备昂贵、操作复杂、使用风险性化学试剂和能耗高等缺点。因此，迫切需要一种简单、绿色环保的制备方法来获得无机抗菌纳米粒子。
蛋白质作为模板合成无机纳米粒子具有简单、绿色、形貌和尺寸可控、易于修饰和产品生物相容性好等优点，成为近年来研究的热点。硒化铜是一种重要的p型半导体材料，由于其晶体形貌、结构、价态以及计量比等方面的多样性，导致其具有优良的光电及催化等性能，在光伏电池、光电探测器、光催化和生物医学等领域都具有广阔的应用前景。由于铜离子缺乏引起的表面等离子体共振效应使其具有近红外吸收特性，因为在光热治疗领域具有重要的应用前景。目前常见的硒化铜的制备方法有水热法、溶剂热法、微波合成发和超声法等，存在着工艺复杂、成本高和产品生物相容性差等缺点。
综上所述，研究简单、高效、绿色的制备方法获得具有近红外吸收特性和抗菌性能的硒化铜纳米材料具有十分重要的意义。经查阅文献，我们发现目前还没有使用牛血清白蛋白作为模板制备CuSe/BSA 纳米复合材料的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硒化铜纳米复合材料的绿色制备方法。该方法无需复杂的装置及长时间反应，以牛血清白蛋白为模板，在常温条件下即可得到样品。该方法反应条件温和、简单易操作，所制得的CuSe/BSA纳米复合材料展现出了强的近红外吸收特性和卓越的抑菌性能。
本发明是通过以下技术方案实现的，一种CuSe/BSA纳米复合材料的制备方法，所述的CuSe/BSA复合材料中CuSe颗粒尺寸为几个纳米。其特征在于包括以下过程：
1)取一定量牛血清白蛋白溶液，在室温下搅拌后加入作为硒源的四价硒溶液；
2)于步骤1)中加入L-抗坏血酸以还原硒单质，搅拌一段时间；
3)取无水硫酸铜和抗坏血酸配成混合溶液；
4)将步骤3)得到的混合溶液逐滴加入步骤2)中所得悬浊液，室温下反应24h；
5)将步骤4)中所得悬浊液离心、洗涤、冷冻干燥，即得该硒化铜纳米复合材料。
按上述方案，步骤1)所述的牛血清白蛋白溶液为0.1～15mL,浓度为0.1～10mg/mL，四价硒溶液为0.1～10mL,浓度为0.1～10 mol/L。
按上述方案，步骤2)所述的L-抗坏血酸的物质的量为0.1～10 mmol，搅拌时间为10min。
按上述方案，步骤3)所述的无水硫酸铜和抗坏血酸的物质的量之比为0.1：10。
本发明提出以牛血清白蛋白为生物模板，合成CuSe/BSA纳米复合材料，其中CuSe颗粒尺寸大小为几个纳米，复合材料展现出较强的近红外光吸收性能，将其应用于抗菌领域及医学领域光热治疗。
CuSe/BSA纳米复合材料的物理性能表征方法：用透射电子显微镜(TEM)观察样品的形貌结构，用紫外可见吸收光谱表征其对近红外光的吸收性能。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明采用牛血清白蛋白和无水硫酸铜为原料，原料无毒，廉价易得，利用牛血清白蛋白为生物模板，具有良好的生物相容性，可应用于生物标记、医学成像等领域；
(2)本发明的制备方法简单，反应条件温和，成本低，在常温常压下即可发生反应，不需要加入另外的稳定剂或分散剂，利于该纳米复合材料在各方面的广泛应用；
(3)本发明结合无水硫酸铜和纳米硒的优点，以自组装的方式制备CuSe纳米复合材料，并将该纳米复合材料作为抗菌剂应用于生物抗菌领域，并通过抗菌实验验证该纳米复合材料的抗菌效果。
附图说明
图1为实施例1所制得CuSe/BSA纳米复合材料的透射电镜谱图。
图2为实施例1所制得CuSe/BSA纳米复合材料的紫外可见近红外吸收光谱图。
图3为实施例1所制得CuSe/BSA纳米复合材料对金黄色葡萄球菌的平板抑菌效果图。
图4为实施例1所制得CuSe/BSA纳米复合材料对大肠杆菌的平板抑菌效果图。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述，该实例只用于说明本发明，并不限制本发明。
实验药品：
牛血清白蛋白，置于4℃冰箱中保存；
现场配置抗坏血酸；
分别以金黄色葡萄球菌、大肠杆菌为实验菌种的待检标准菌液；
琼脂培养基。
实施例1
(1)取9.6mL 1mg/mL牛血清白蛋白溶液，在室温下搅拌10 分钟加入0.6mL0.2mol/L作为硒源的四价硒溶液，再加入1.8mL 0.4 mol/L L-抗坏血酸还原硒单质，在1000-1500rpm的转速下搅拌10 min；
(2)取0.6mL 0.4mol/L的无水硫酸铜和2.4mL 0.4mol/L的L- 抗坏血酸混合溶液；
(3)将步骤(2)得到的混合溶液组逐滴加入步骤(1)中，室温下反应24h，冷冻干燥，即得该硒化铜纳米复合材料。
实施例2
(1)取8.6mL 2mg/mL牛血清白蛋白溶液，在室温下搅拌10 分钟加入0.6mL0.2mol/L作为硒源的四价硒溶液，再加入1.8mL 0.4 mol/L L-抗坏血酸还原硒单质，在1000-1500rpm的转速下搅拌10 min；
(2)取0.6mL 0.4mol/L的无水硫酸铜和2.4mL 0.4mol/L的L- 抗坏血酸混合溶液；
(3)将步骤(2)得到的混合溶液组逐滴加入步骤(1)中，室温下反应24h，冷冻干燥，即得该硒化铜纳米复合材料。
实施例3
(1)取8.6mL 3mg/mL牛血清白蛋白溶液，在室温下搅拌10 分钟加入0.6mL0.2mol/L作为硒源的四价硒溶液，再加入1.8mL 0.4 mol/L L-抗坏血酸还原硒单质，在1000-1500rpm的转速下搅拌10 min；
(2)取0.6mL 0.1mol/L的无水硫酸铜和1.0mL 0.4mol/L的L- 抗坏血酸混合溶液；
(3)将步骤(2)得到的混合溶液组逐滴加入步骤(1)中，室温下反应24h，冷冻干燥，即得该硒化铜纳米复合材料。
实施例4
(1)取7.6mL 3mg/mL牛血清白蛋白溶液，在室温下搅拌10 分钟加入0.6mL0.2mol/L作为硒源的四价硒溶液，再加入1.8mL 0.4 mol/L L-抗坏血酸还原硒单质，在1000-1500rpm的转速下搅拌10 min；
(2)取0.6mL 0.2mol/L的无水硫酸铜和2.0mL 0.4mol/L的L- 抗坏血酸混合溶液；
(3)将步骤(2)得到的混合溶液组逐滴加入步骤(1)中，室温下反应24h，冷冻干燥，即得该硒化铜纳米复合材料。
实施例5
(1)取2.6mL 5mg/mL牛血清白蛋白溶液，在室温下搅拌10 分钟加入0.6mL0.2mol/L作为硒源的四价硒溶液，再加入1.8mL 0.4 mol/L L-抗坏血酸还原硒单质，在1000-1500rpm的转速下搅拌10 min；
(2)取0.6mL 0.3mol/L的无水硫酸铜和3.0mL 0.4mol/L的L- 抗坏血酸混合溶液；
(3)将步骤(2)得到的混合溶液组逐滴加入步骤(1)中，室温下反应24h，冷冻干燥，即得该硒化铜纳米复合材料。
实施例6
(1)取1.6mL 6mg/mL牛血清白蛋白溶液，在室温下搅拌10 分钟加入0.6mL0.2mol/L作为硒源的四价硒溶液，再加入1.8mL 0.4 mol/L L-抗坏血酸还原硒单质，在1000-1500rpm的转速下搅拌10 min；
(2)取0.6mL 0.4mol/L的无水硫酸铜和4.0mL 0.4mol/L的L- 抗坏血酸混合溶液；
(3)将步骤(2)得到的混合溶液组逐滴加入步骤(1)中，室温下反应24h，冷冻干燥，即得该硒化铜纳米复合材料。
实施例7
(1)取0.6mL 7mg/mL牛血清白蛋白溶液，在室温下搅拌10 分钟加入0.6mL0.2mol/L作为硒源的四价硒溶液，再加入1.8mL 0.4 mol/L L-抗坏血酸还原硒单质，在1000-1500rpm的转速下搅拌10 min；
(2)取0.6mL 0.5mol/L的无水硫酸铜和5.0mL 0.4mol/L的L- 抗坏血酸混合溶液；
(3)将步骤(2)得到的混合溶液组逐滴加入步骤(1)中，室温下反应24h，冷冻干燥，即得该硒化铜纳米复合材料。
实施例8
(1)取0.5mL 8mg/mL牛血清白蛋白溶液，在室温下搅拌10 分钟加入0.6mL0.2mol/L作为硒源的四价硒溶液，再加入1.8mL 0.4 mol/L L-抗坏血酸还原硒单质，在1000-1500rpm的转速下搅拌10 min；
(2)取0.6mL 0.6mol/L的无水硫酸铜和6.0mL 0.4mol/L的L- 抗坏血酸混合溶液；
(3)将步骤(2)得到的混合溶液组逐滴加入步骤(1)中，室温下反应24h，冷冻干燥，即得该硒化铜纳米复合材料。
实施例9
(1)取0.4mL 9mg/mL牛血清白蛋白溶液，在室温下搅拌10 分钟加入0.6mL0.2mol/L作为硒源的四价硒溶液，再加入1.8mL 0.4 mol/L L-抗坏血酸还原硒单质，在1000-1500rpm的转速下搅拌10 min；
(2)取0.6mL 0.7mol/L的无水硫酸铜和7.0mL 0.4mol/L的L- 抗坏血酸混合溶液；
(3)将步骤(2)得到的混合溶液组逐滴加入步骤(1)中，室温下反应24h，冷冻干燥，即得该硒化铜纳米复合材料。
实施例10
(1)取0.3mL 10mg/mL牛血清白蛋白溶液，在室温下搅拌10 分钟加入0.6mL0.2mol/L作为硒源的四价硒溶液，再加入1.8mL 0.4 mol/L L-抗坏血酸还原硒单质，在1000-1500rpm的转速下搅拌10 min；
(2)取0.6mL 0.8mol/L的无水硫酸铜和8.0mL 0.4mol/L的L- 抗坏血酸混合溶液；
(3)将步骤(2)得到的混合溶液组逐滴加入步骤(1)中，室温下反应24h，冷冻干燥，即得该硒化铜纳米复合材料。
应用例1
对上述所得CuSe/BSA纳米复合材料进行抗菌性能的应用：
将待检标准菌液用棉拭子涂布整个琼脂培养基表面后，37℃培养24小时后，观察抑菌圈如图3和图4所示，显示纳米复合材料有良好的抗菌效果，其中待测标准菌液以金黄色葡萄球菌和大肠杆菌为实验菌种。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (6)

1.一种近红外吸收硒化铜纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称量500mg的牛血清白蛋白粉末，将其充分溶于100mL的去离子水中，室温磁力搅拌10分钟；
(2)配置一定浓度的二氧化硒溶液0.6mL,和配置一定浓度的抗坏血酸溶液1.8mL，分别加入上述溶液(1)中，磁力搅拌10分钟；
(3)室温下，配置一定浓度的无水硫化铜溶液0.6mL和一定浓度的抗坏血酸溶液2.4mL,将二者混合反应5分钟；
(4)将步骤(3)得到的混合溶液组逐滴加入步骤(2)中，室温下反应一段时间，即得到具有近红外吸收特性和抗菌性能的硒化铜和蛋白的纳米复合材料；
(5)将纸片浸泡在一定浓度的步骤(4)得到的硒化铜和蛋白复合溶液，放置于接种了细菌的平板培养基中，测定抑菌圈的大小，评价抗菌活性。
2.根据权利要求1所述的一种近红外吸收硒化铜纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中牛血清白蛋白的浓度为1-5mg/mL。
3.根据权利要求1所述的一种近红外吸收硒化铜纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中二氧化硒的浓度为0.1-1mol/L；抗坏血酸的浓度为0.1-1mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种近红外吸收硒化铜纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中无水硫酸铜的浓度为0.1-1mol/L；抗坏血酸的浓度为0.1-1mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种近红外吸收硒化铜纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中反应时间为12-48h。
6.根据权利要求1所述的一种近红外吸收硒化铜纳米复合材料的抗菌应用，其特征在于，步骤(5)中取的硒化铜浓度为0.1-1mol/L；细菌为金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。
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Address before: 362000 Shishi City, Quanzhou City, Fujian Province, Shihugang Industrial Park, Bijiang Town, Building 501, No. 5, 1900, Science and Technology Incubation Base on both sides of the Taiwan Strait

Applicant before: Shishi Nathon new Mstar Technology Ltd

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