CN109877340A

CN109877340A - 一种基于鸡蛋壳模板的银纳米材料及其制备方法、抗菌应用

Info

Publication number: CN109877340A
Application number: CN201910315908.4A
Authority: CN
Inventors: 杨大鹏; 施伟章; 黄晓宇; 卢友光; 常琳
Original assignee: Quanzhou Xu Feng Powder Raw Materials Co Ltd; Quanzhou Normal University
Current assignee: Quanzhou Xu Feng Powder Raw Materials Co Ltd; Quanzhou Normal University
Priority date: 2019-04-19
Filing date: 2019-04-19
Publication date: 2019-06-14

Abstract

本发明公开了一种基于鸡蛋壳模板的银纳米材料制备方法及抗菌应用，属于纳米材料技术领域。该复合银纳米材料是以废弃的鸡蛋壳作为模板，在侧柏叶浸出液的作用下将银负载到鸡蛋壳表面。该纳米材料的制备包括以下步骤：鸡蛋壳预处理；制备载体鸡蛋壳；银离子吸附；侧柏叶浸出液制备鸡蛋壳负载的银纳米材料。该复合银纳米材料对金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌和变异链球菌有高效的抗菌性能。其制备过程简单易行，材料来源丰富，合成过程和产物安全无毒。

Description

一种基于鸡蛋壳模板的银纳米材料及其制备方法、抗菌应用

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种基于鸡蛋壳模板的银纳米材料、其制备方法及应用。

背景技术

龋病是发生于牙硬组织的细菌感染性疾病，2015年WHO报道恒牙龋和乳牙龋在全球疾病中排名第1和第12位，全球范围约有23亿人口恒牙患龋（患龋率31.5%），5.6亿儿童乳牙患龋。2010年WHO报道全球范围与龋齿有关的财政支出达到4420亿美元。直接费用支出为2980亿美元，间接支出达到1440亿美元。根据2018年8月发布的《第四次全国口腔健康流行病学调查报告》，我国12-15岁青少年的患龋率在40%以上，成年人及老年人的患龋率在80%以上。作为人体微生物重要的定殖部位，人类的口腔中拥有超过600种不同的细菌、病毒、真菌、支原体及衣原体等微生物物种，清洁不到位、免疫因素等将导致局部微生态的相应变化，进而导致龋病、牙周病、软组织感染等。变形链球菌是龋病的主要致病菌，也是导致口腔修复材料失效的主要原因之一。由于这些微生物对抗生素的耐药性不断增加，开发具有抗菌潜力的口腔预防保健产品和口腔修复材料意义重大。

纳米科技是一门新兴的、交叉性强、应用广泛的综合学科。无机纳米粒子具有体积小、比表面积大等特性，被认为是原子结构和材料体积大小之间的桥梁。以纳米粒子的形式修饰和开发金属的重要特性，在诊断、生物标记、生物成像造影剂、抗菌剂、药物输送系统和治疗各种疾病的纳米药物方面具有广阔的应用前景。

银具有很强的抗菌潜力，自古以来就被使用。但随着抗生素进展的出现，银作为抗菌剂的医学应用下降。人类病原体的抗药性成为了制药和生物医学等领域的一大挑战，这促使研究的热点转向了纳米粒子，特别是银纳米粒子，以解决多药耐药（MDR）致病菌的问题。通过在纳米级操纵纳米银的尺寸提高其表面积-体积比，使得具有独特物理、化学性能的纳米银成为了优秀的抗微生物剂。尺寸在10-100nm范围内的银纳米颗粒显示出对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌均具有较强的杀菌潜力。

金属纳米颗粒可以通过不同的方法合成，如电化学法、分解法、微波辅助技术和湿化学法等。各种各样成本较高的有机稳定剂或涂层剂(如聚合物、配体或表面活性剂)已被用来减少纳米颗粒聚集和将其稳定在底物上。然而，这些方法中使用的化学物质通常是易燃和剧毒的，其去除工序费时费力、代价高昂，限制了其在许多领域的应用。因此，亟需一种不使用有毒化学品的安全和环保的方法来合成金属纳米颗粒。近年来，绿色合成工艺的发展作为一种合成金属纳米颗粒的替代方法受到了广泛的关注，其关键在于使用无毒化学品、可再生材料或对环境友好的溶剂，建立可持续的工艺流程。金属纳米颗粒的生物合成可以利用植物提取物，具有大规模生产的成本效益。以往的研究表明，植物提取物中的多肽和碳水化合物等生物分子在纳米颗粒的绿色合成中可以作为还原剂和覆盖剂，并且对合成的纳米颗粒具有稳定作用。此外，植物提取物中的生物分子虽然化学成分复杂，但对环境无害。基于生物合成的银纳米颗粒由于其更高的稳定性、更低的毒性以及易于处理和操纵的生产原料而越发受到关注。

在生产生活中被废弃的鸡蛋壳，事实上也是一种优质的钙源，近年来逐渐被应用到畜牧业、农业和食品加工业中。鸡蛋壳的主要成分为碳酸钙的形式存在的无机物，并且具有多孔洞的空间结构。多孔钙基材料作为金属纳米颗粒的载体，因其环境相容、生物相容、缓释和生物降解的性能而受到广泛关注，已大量应用于制备无机复合胶囊和作为蛋白、药物或其他纳米颗粒的重要载体。研究证实银纳米粒子能固定在CaCO₃底物上。多孔磷酸钙作为生物杀灭银复合材料的成功应用已被文献报道。此外，蛋壳中固有的大分子蛋白功能基团可用于稳定和固定纳米银粒子，使大部分纳米银粒子暴露。有研究采用球磨的方法制备蛋壳/银纳米复合材料，发现其抗菌性能优于纯银纳米颗粒。这是由于蛋壳颗粒的多孔性和蛋白质的亲水性基团促进了纳米银复合材料在水溶液中的分散，还能使大肠埃希菌粘附接触最大化，从而提高抗菌活性。

本发明中，我们利用鸡蛋壳废弃物作为生物模板，制备了基于鸡蛋壳模板的复合银纳米材料；该纳米材料对代表性的革兰氏阳性和阴性细菌：金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌，以及口腔常见致病菌变异链球菌均有较强的抗菌性能。该纳米材料的制备方法具有材料来源丰富，制备简单，绿色环保等优点。

发明内容

本发明提供了一种新型的绿色的合成方法，基于鸡蛋壳废弃物作为多孔碳酸钙载体，与银离子溶液在室温下混合搅拌，以侧柏叶浸出液中的生物分子作为还原剂、覆盖剂和稳定剂，制备负载在碳酸钙上的银纳米复合材料。本发明的复合纳米材料变废为宝，以鸡蛋壳废弃物为原料；采用鸡蛋壳与相应金属离子溶液混合，利用简单的离子结合制备而成。该复合银纳米材料对代表性的革兰氏阳性细菌金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性细菌大肠埃希菌，以及口腔常见致病菌变异链球菌均表现出较强的抗菌性能，具有重要的应用价值。其制备过程简单易行，原料来源丰富，绿色环保。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于鸡蛋壳模板的银纳米材料是以鸡蛋壳为模板，吸附银离子，在侧柏叶浸出液的作用下生成银纳米颗粒所得。

一种基于鸡蛋壳模板的银纳米材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）鸡蛋壳预处理：收集废弃鸡蛋壳，将鸡蛋壳用去离子水反复洗涤，在室温条件下浸泡1～3个小时，自然晾干，备用；

（2）载体鸡蛋壳的制备：将步骤（1）中处理的鸡蛋壳用粉碎机打碎，过200目筛，取一定量过筛的鸡蛋壳粉末浸泡在NaOH溶液中处理30 min，然后用去离子水洗涤3～5遍后，烘干，得载体鸡蛋壳；

（3）侧柏叶浸出液的制备：将侧柏叶清洗晾晒后烘干，粉碎机打碎，以1:10的质量比例加入去离子水溶解，30℃摇床24h，真空过滤得到浸出液；

（4）银离子吸附：将步骤（2）所得载体鸡蛋壳，浸入硝酸银AgNO₃溶液，室温下浸泡6h，将银离子吸附至鸡蛋壳载体上；

（5）银纳米复合材料的制备：将上述步骤（3）中的溶液加入到步骤（4）溶液中，室温磁力搅拌反应48h，制备得到银纳米颗粒。

（6）将步骤（5）中的反应液离心，将离心出的固体用去离子水反复洗涤3～5遍，然后至于60℃真空干燥箱中真空干燥，即得基于鸡蛋壳模板的复合银纳米材料。

上述步骤（2）所述鸡蛋壳粉末的用量为2 g，所述所述NaOH溶液的体积百分比浓度为10%,体积为20 ml。

上述步骤（3）浸出液的体积为30ml。

上述步骤（4）中载体鸡蛋壳的用量为2 g，硝酸银AgNO₃溶液的浓度为0.1 M，体积为25ml。

本发明基于鸡蛋壳模板的银纳米材料应用于金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌和变异链球菌的抗菌。

本发明的有益效果在于：

（1）该复合材料创新地将废弃的鸡蛋壳回收再利用，实现了资源的节约和环境的优化；侧柏作为一种分布广泛的植物，成本效益较高；

（2）该复合材料的合成方法步骤简单易行，室温下即可完成，无需繁琐的实验反应条件和设备；且实验过程中不使用也不产生有毒的化学物质，绿色环保，合成的球型纳米颗粒形态均一、分布均匀、性质稳定；

（3）本发明合成了基于鸡蛋壳模板的银纳米材料，对金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌和变异链球菌有显著的抗菌作用，从而为口腔临床抗菌材料提供新的选择。

附图说明

图1为本发明中复合银纳米材料的X射线衍射（XRD）谱图。

图2为本发明中复合银纳米材料的扫描电镜图。

图3为本发明中复合银纳米材料对大肠埃希菌和金黄色葡萄糖球菌的抑菌圈。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。

实施例1

一种基于鸡蛋壳模板的银纳米材料、其制备方法，具体包括以下步骤：

（4）银离子吸附：将步骤（2）所得载体鸡蛋壳2g，浸入0.1M AgNO₃溶液25ml，室温下磁力搅拌6h，将银离子吸附至鸡蛋壳载体上；

（5）银纳米复合材料的制备：将上述步骤（3）中的溶液加入到步骤（4）溶液中，反应48h，制备得到银纳米颗粒。

实施例2

一种基于鸡蛋壳模板的银纳米材料的性能检测

实施例1制备的基于鸡蛋壳模板的银纳米材料的X射线衍射（XRD）谱图如图1所示。除外纯鸡蛋壳的CaCO₃，实施例1制备的基于鸡蛋壳模板的银纳米材料在X射线衍射下，检测出明显的银的突出峰。图2显示的是基于鸡蛋壳模板的银纳米材料的电子扫描电镜图，结果表明，鸡蛋壳表面变得粗糙，银纳米粒子呈球状较为均匀地负载在鸡蛋壳的表面，银纳米粒子的直径在30-50 nm。图3可以看出基于鸡蛋壳模板的银纳米材料对大肠埃希菌（A）和金黄色葡萄糖球菌（B）的抑菌效果显著。（A）图中，1、2、3代表基于鸡蛋壳模板的银纳米材料压片后在大肠埃希菌涂布的琼脂平板上产生的抑菌圈，直径大约10-11mm；4为对照组，代表单纯的鸡蛋壳粉压片后不产生抑菌圈。（B）图中，1、2、3代表基于鸡蛋壳模板的银纳米材料压片后在金黄色葡萄球菌涂布的琼脂平板上产生的抑菌圈，直径大约11-12mm；4为对照组，代表单纯的鸡蛋壳粉压片后不产生抑菌圈。

应用实施例1

配制新鲜的大肠埃希氏菌溶液，并调节菌株密度约为10⁶CFU/mL，进行琼脂平板涂布，精确称取样品及对照空载鸡蛋壳粉70mg，用压片器压制成为直径6mm的圆片，置于琼脂平板上。37℃培养箱培养过夜，观察其抑菌效果。

应用实施例2

配制新鲜的金黄色葡萄球菌溶液，并调节菌株密度约为10⁶CFU/mL，进行琼脂平板涂布，精确称取样品及对照空载鸡蛋壳粉70mg，用压片器压制成为直径6mm的圆片，置于琼脂平板上。37℃培养箱培养过夜，观察其抑菌效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种基于鸡蛋壳模板的银纳米材料，其特征在于：所述银纳米材料由鸡蛋壳作为载体，将银离子负载到鸡蛋壳表面，在侧柏叶浸出液的作用下生成银纳米颗粒。

2.一种制备如权利要求1所述的一种基于鸡蛋壳为模板的银纳米材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）鸡蛋壳预处理：收集废弃鸡蛋壳，将鸡蛋壳用去离子水反复洗涤，在室温条件下清水浸泡1～3个小时，自然晾干，备用；

（2）载体鸡蛋壳的制备：将步骤（1）中处理的鸡蛋壳用粉碎机打碎，过筛，取一定量过筛的鸡蛋壳粉末浸泡在NaOH溶液中处理30 min，然后用去离子水洗涤3～5遍后，烘干，过200目筛得到载体鸡蛋壳；

（3）侧柏叶浸出液的制备：将侧柏叶清洗晾晒后烘干，粉碎机打碎，加入去离子水溶解，摇床震荡，真空过滤得到浸出液；

（4）银离子吸附：将步骤（2）所得载体鸡蛋壳，浸入硝酸银AgNO₃溶液，室温下浸泡6 h，将银离子吸附至鸡蛋壳载体上；

（5）银纳米复合材料的制备：将上述步骤（3）中的溶液加入到步骤（4）溶液中，室温磁力搅拌48 h，制备得到银纳米颗粒；

3.根据权利要求2所述的一种基于鸡蛋壳为模板的银纳米材料的制备方法，其特征在于：所述NaOH溶液的体积百分比浓度为10%，体积为20 ml。

4.根据权利要求2所述的一种基于鸡蛋壳为模板的银纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中载体鸡蛋壳的用量为2 g，硝酸银AgNO₃溶液的浓度为0.1 M，体积为25 ml。

5.根据权利要求2所述的一种基于鸡蛋壳为模板的银纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中侧柏叶与去离子水质量比为1:10，30℃摇床浸出24 h，浸出液的体积为30ml。

6.根据权利要求2所述的一种基于鸡蛋壳为模板的银纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤（6）中的真空干燥温度为60 ℃。

7.如权利要求1所述的一种基于蛋壳膜为模板的银纳米材料在制备抗菌材料上的应用。