CN108969537A - 一种ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种ZnO/GQD‑PEI复合量子点抗菌剂的制备方法,将柠檬酸加热得橙色溶液;滴加NaOH溶液调节pH,经透析、旋转蒸发,即得石墨烯量子点(GQDs)溶液;将所得GQDs溶液先稀释再加入改性剂调节其浓度,超声处理,分两次加入EDC•HCl,超声搅拌,得到GQD‑PEI;将碱源和锌源分别加入乙醇溶液中搅拌,得到A溶液和B溶液;先将所得GQD‑PEI加入B溶液中,超声,再将A溶液加入B溶液中,水浴加热,反应结束后清洗、离心,即得复合量子点抗菌剂。与传统抗菌剂相比,本发明所制备的纳米复合抗菌剂具有安全环保、耐药性强等优点,对大肠杆菌的最小抑菌浓度可达1.8mg/ml。

Description

一种ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型高效抗菌剂的研究,具体涉及一种ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂的制备方法。
背景技术
近年来,因资源开采的不合理,使得资源匮乏,自然环境遭到损害,导致各种致病细菌、真菌和病毒引发的疾病威胁着人类的健康。各种抗菌剂的研发已经成为目前的研究热点,其中无机抗菌材料因具有良好的安全性、耐久性、化学稳定性、且其成本低廉,而备受青睐。
目前,研究较多的无机抗菌剂是银系抗菌剂,但银系抗菌剂容易变色,Ag+ 溶出对人体不利,大大地限制了其应用范围。近年来,ZnO 抗菌剂因具有无毒、非迁移性、吸收和散射紫外线能力,且热稳定性和化学稳定性高,同时具备优良的抗菌性能,原材料来源广泛,迅速成为目前新型抗菌剂的研究热点,但是其本身存在光生电子和空穴易复合等缺陷,严重地降低了其抗菌性能。因此,研究人员通过贵金属沉积、表面敏化、半导体复合等手段来解决此问题,进而提高纳米ZnO的抗菌活性。例如,他们将具有高电导率,良好溶解性,低细胞毒性的石墨烯衍生物与纳米ZnO复合,构建了抗菌性能优异的异质纳米复合材料。研究结果表明:ZnO/GO(氧化石墨烯)复合材料比起单一组分具有更强的抗菌性能。但值得注意的是:上述研究所制备的ZnO/GO复合材料尺寸较大,通常为100-1000nm,难以进入细菌细胞内部而杀灭细菌。此外,纳米材料本身与细菌细胞膜组成、结构差异较大,导致其与细菌相互作用的吸附活性位点数目相对较少。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型高效ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂的制备方法,解决各类细菌感染,特别是一些耐药细菌的产生,对人类健康来的威胁。
本发明所采用的技术方案为:
一种ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:石墨烯量子点(GQDs)溶液的制备:
取1-10g柠檬酸(CA)放入烧杯中,加热,得橙色液体;接着,滴加氢氧化钠溶液来调节pH=7.0,经透析、旋转蒸发,即得石墨烯量子点(GQDs)溶液;
步骤二:GQD-PEI的制备:
将步骤一中所得GQDs用去离子水稀释至0.2-2mg/ml,加入改性剂使其浓度为5-15mg/ml,超声处理10min后,加入0.05-0.2g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC•HCl),超声处理20min,再加入0.2-0.5g EDC•HCl,超声处理20min,室温下磁力搅拌24h,得到GQD-PEI;
步骤三:改性ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂的制备:
将0.2-1g碱源加入50ml乙醇溶液中,磁力搅拌30min后,得到A溶液;将 0.5-2g锌源加入100ml乙醇溶液中,磁力搅拌30min后,得到B溶液;将步骤二中所得GQD-PEI加入B溶液中,超声处理10min,再将A溶液加入B溶液中,接着将上述溶液移至三口烧瓶中进行水浴加热,反应结束后冷却、清洗、离心,即得改性ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂;采用酶标仪测定复合抗菌剂的最小抑菌浓度,采用震荡法及平板计数法计算复合抗菌剂的抑菌率。
步骤一中,加热温度为200℃,反应时间为30min。
步骤一中,透析的时间为24h。
所述改性剂为聚乙烯亚胺,用量为30-100mg。
所述碱源为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂。
锌源为二水合乙酸锌、六水合硝酸锌。
步骤三中,所述水浴加热的反应温度为80-100℃,保温时间为3-7h。
本发明具有以下优点:
本发明以PEI为改性剂,新型光电功能材料ZnO量子点为主要抗菌组分,利用PEI上的氨基与GQD上的羧基结合,形成具有良好生物相容性和水溶性的GQD-PEI,然后复合ZnO量子点,制备 ZnO/GQD-PEI复合量子点,利用ZnO/GQD-PEI复合量子点的光催化作用将细菌杀死,最终设计制备一种生物相容性好、抗菌活性高的新型纳米复合抗菌剂。与传统抗菌相比,本发明所制备的纳米复合抗菌剂具有安全环保、耐药性强等优点,采用本发明所制备的纳米复合抗菌剂对大肠杆菌的最小抑菌浓度可达1.8mg/ml。
附图说明
图1为所制备的ZnO/GQD-PEI复合量子点的TEM照片。
图2为所制备的ZnO/GQD-PEI复合量子点对大肠杆菌的抗菌效果。
图3为所制备的ZnO/GQD-PEI复合量子点对大肠杆菌的的最小抑菌浓度测试结果。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
一种ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:石墨烯量子点(GQDs)溶液的制备:
取1-10g柠檬酸(CA)放入烧杯中,加热,得橙色液体;接着,滴加氢氧化钠溶液来调节pH=7.0,经透析、旋转蒸发,即得石墨烯量子点(GQDs)溶液;
步骤二:GQD-PEI的制备:
将步骤一中所得GQDs用去离子水稀释至0.2-2mg/ml,加入改性剂使其浓度为5-15mg/ml,超声处理10min后,加入0.05-0.2g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC•HCl),超声处理20min,再加入0.2-0.5g EDC•HCl,超声处理20min,室温下磁力搅拌24h,得到GQD-PEI;
步骤三:改性ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂的制备:
将0.2-1g碱源加入50ml乙醇溶液中,磁力搅拌30min后,得到A溶液;将 0.5-2g锌源加入100ml乙醇溶液中,磁力搅拌30min后,得到B溶液;将步骤二中所得GQD-PEI加入B溶液中,超声处理10min,再将A溶液加入B溶液中,接着将上述溶液移至三口烧瓶中进行水浴加热,反应结束后冷却、清洗、离心,即得改性ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂;采用酶标仪测定复合抗菌剂的最小抑菌浓度,采用震荡法及平板计数法计算复合抗菌剂的抑菌率。
步骤一中,加热温度为200℃,反应时间为30min。
步骤一中,透析的时间为24h。
所述改性剂为聚乙烯亚胺,用量为30-100mg。
所述碱源为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂。
锌源为二水合乙酸锌、六水合硝酸锌。
步骤三中,所述水浴加热的反应温度为80-100℃,保温时间为3-7h。
实施例1:
步骤一:取2g柠檬酸(CA)放入50ml烧杯中,加热至200℃反应30min,得橙色液体;接着,用氢氧化钠水溶液调节pH=7.0,透析24h、旋转蒸发,即得GQDs溶液;
步骤二:将步骤一中所得GQDs用去离子水稀释至0.5mg/ml,加入聚乙烯亚胺(PEI)使其浓度为8mg/ml,超声处理10min后,加入0.1g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC•HCl),超声处理20min后,再加入0.3g EDC•HCl,超声处理20min,室温下磁力搅拌24h,得到GQD-PEI;
步骤三:将0.3g氢氧化钾加入50ml乙醇溶液中,磁力搅拌30min后,得到A溶液;将0.587g二水合乙酸锌加入100ml乙醇溶液中,磁力搅拌30min后,得到B溶液;向B溶液中加入步骤二中所得GQD-PEI,超声处理10min,接着将上述溶液倒入三口烧瓶中,95℃水浴反应5h;反应结束冷却至室温,用醇与水反复交替离心3遍,即得ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂;采用酶标仪测定复合抗菌剂的最小抑菌浓度,采用震荡法及平板计数法计算复合抗菌剂的抑菌率。
实施例2:
步骤一:取4g柠檬酸(CA)放入50ml烧杯中,加热至200℃反应30min,得橙色液体;接着,用氢氧化钠水溶液调节pH=7.0,透析24h、旋转蒸发,即得GQDs溶液;
步骤二:将步骤一中所得GQDs用去离子水稀释至1mg/ml,加入聚乙烯亚胺(PEI)使其浓度为10mg/ml,超声处理10min后,加入0.12g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC•HCl), 超声处理20min后,再加入0.388gEDC•HCl,超声处理20min,室温下磁力搅拌24h,得到GQD-PEI;
步骤三:将0.42g氢氧化钠加入50ml乙醇溶液中,磁力搅拌30min后,得到A溶液;将0.78g二水合乙酸锌加入100ml乙醇溶液中,磁力搅拌30min后,得到B溶液; 向B溶液中加入步骤二中所得GQD-PEI,超声处理10min,将A溶液加入其中,接着将上述溶液倒入三口烧瓶中,95℃水浴反应5h;反应结束冷却至室温,用醇与水反复交替离心3遍,即得ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂;采用酶标仪测定复合抗菌剂的最小抑菌浓度,采用震荡法及平板计数法计算复合抗菌剂的抑菌率。
实施例3:
步骤一:取6g柠檬酸(CA)放入50ml烧杯中,加热至200℃反应30min,得橙色液体;接着,用氢氧化钠水溶液调节pH=7.0,透析24h、旋转蒸发,即得GQDs溶液;
步骤二:将步骤一中所得GQDs用去离子水稀释至1.5mg/ml,加入聚乙烯亚胺(PEI)使其浓度为12mg/ml,超声处理10min后,加入0.15g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC•HCl), 超声处理20min后,再加入0.37g EDC•HCl,超声处理20min,室温下磁力搅拌24h,得到GQD-PEI;
步骤三:将0.6g氢氧化钠加入50ml乙醇溶液中,磁力搅拌30min后,得到A溶液;将0.796g六水合硝酸锌加入100ml乙醇溶液中,磁力搅拌30min后,得到B溶液;向B溶液中加入步骤二中所得GQD-PEI,超声处理10min,将A溶液加入其中,接着将上述溶液倒入三口烧瓶中,100℃水浴反应4h;反应结束冷却至室温,用醇与水反复交替离心3遍,即得ZnO/GQD-PEI量子点抗菌剂,采用电化学工作站测试复合电极材料的电化学性能;采用酶标仪测定复合抗菌剂的最小抑菌浓度,采用震荡法及平板计数法计算复合抗菌剂的抑菌率。
实施例4:
步骤一:取8g柠檬酸(CA)放入50ml烧杯中,加热至200℃反应30min,得橙色液体;接着,用氢氧化钠水溶液调节pH=7.0,透析24h、旋转蒸发,即得GQDs溶液;
步骤二:将步骤一中所得GQDs用去离子水稀释至2mg/ml,加入聚乙烯亚胺(PEI)使其浓度为14mg/ml,超声处理10min后,加入0.18g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC•HCl), 超声处理20min后,再加入0.45g EDC•HCl,超声处理20min,室温下磁力搅拌24h,得到GQD-PEI;
步骤三:将0.8g氢氧化钠加入50ml乙醇溶液中,磁力搅拌30min后,得到A溶液;将 1.4g六水合硝酸锌加入100ml乙醇溶液中,磁力搅拌30min后,得到B溶液;向B溶液中加入步骤二中所得GQD-PEI,超声处理10min,将A溶液加入其中,接着将上述溶液倒入三口烧瓶中,100℃水浴反应4h;反应结束冷却至室温,用醇与水反复交替离心3遍,即得ZnO/GQD-PEI量子点抗菌剂。采用酶标仪测定复合抗菌剂的最小抑菌浓度,采用震荡法及平板计数法计算复合抗菌剂的抑菌率。
本发明以PEI为改性剂,新型光电功能材料ZnO量子点为主要抗菌组分,利用PEI上的氨基与GQD上的羧基结合,形成具有良好生物相容性和水溶性的GQD-PEI,然后复合ZnO量子点,制备 ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂。从图2 和图3可以看出,本发明所制备的纳米抗菌剂生物相容性量好,抗菌性能优异;其中,对大肠杆菌的最小抑菌浓度可达1.8mg/ml,对大肠杆菌抑菌率即可达98.84%。
本发明的内容不限于实施例所列举,本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换,均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:石墨烯量子点(GQDs)溶液的制备:
取1-10g柠檬酸(CA)放入烧杯中,加热得橙色液体;接着,滴加氢氧化钠溶液来调节pH=7.0,经透析、旋转蒸发,即得石墨烯量子点(GQDs)溶液;
步骤二:GQD-PEI的制备:
将步骤一中所得GQDs用去离子水稀释至0.2-2mg/ml,加入改性剂使其浓度为5-15mg/ml,超声处理10min后,加入0.05-0.2g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC•HCl),超声处理20min,再加入0.2-0.5g EDC•HCl,超声处理20min,室温下磁力搅拌24h,得到GQD-PEI;
步骤三:改性ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂的制备:
将0.2-1g碱源加入50ml乙醇溶液中,磁力搅拌30min后,得到A溶液;将 0.5-2g锌源加入100ml乙醇溶液中,磁力搅拌30min后,得到B溶液;将步骤二中所得GQD-PEI加入B溶液中,超声处理10min,再将A溶液加入B溶液中,接着将上述溶液移至三口烧瓶中进行水浴加热,反应结束后冷却、清洗、离心,即得改性ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂。
2.根据权利要求1所述一种ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂的制备方法,其特征在于:步骤一中,加热温度为200℃,反应时间为30min。
3.根据权利要求1所述一种ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂的制备方法,其特征在于:步骤一中,透析时间为24h。
4.根据权利要求1所述一种ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂的制备方法,其特征在于,步骤二中,所述改性剂为聚乙烯亚胺,用量为30-100mg。
5.根据权利要求1所述一种ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂的制备方法,其特征在于,步骤三中,所述碱源为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂。
6.根据权利要求1所述一种ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂的制备方法,其特征在于,步骤三中,锌源为二水合乙酸锌、六水合硝酸锌。
7.根据权利要求1所述一种ZnO/GQD-PEI复合量子点抗菌剂的制备方法,其特征在于,步骤三中,所述水浴加热的反应温度为80-100℃,保温时间为3-7h。
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