CN112006032B - 一种插层型金属氧化物抗菌剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种插层型金属氧化物抗菌剂的制备方法，向锰盐、钨盐或钼盐溶液中加入还原剂溶液，混合均匀，调节pH值为4～8，然后于120～250℃下反应6h～18h，分离并烘干，得到二维金属氧化物；将二维金属氧化物分散在水和有机溶剂的混合溶液中，然后加入细菌营养提取物溶液和可溶性金属盐溶液，0℃～10℃下进行超声剥离0.5～6h，滤掉上清液，离心分离并烘干，制得插层型金属氧化物抗菌剂。本发明制备的插层型金属氧化物抗菌剂具有主动靶向吸附空气中微生物的作用，依靠缓释金属阳离子对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌进行彻底杀灭，其抗菌性能高效且效果持久，在抗菌领域中的应用前景广阔。

Description

一种插层型金属氧化物抗菌剂的制备方法
技术领域
本发明属于离子消杀型抗菌剂领域，特别涉及一种插层型金属氧化物抗菌剂的制备方法。
背景技术
细菌感染已导致许多健康问题，甚至导致全球数百万人死亡。特别是传统抗生素的过量使用导致细菌对抗生素的广泛耐药性，危及生命的感染和增加经济负担。抗药性细菌的不断上升的危险性为寻求新的抗菌治疗剂提出了迫切的需求。然而，传统的灭毒杀菌技术存在容易造成二次污染、毒副作用强、杀灭不彻底等缺点。
金属阳离子(Ag、Cu、Zn)具有广谱抗菌作用，在抗菌领域中应用广泛。专利CN202010268064.5提供了一种抗菌PE收缩膜，将硝酸银负载于氧化石墨烯或氧化锌上从而制备抗菌PE膜；专利CN202010156954.7制备了一种含铜抗菌自清洁涂层，将打磨抛光后的基体浸泡在铜加工液中制备含铜抗菌自清洁涂层。虽然金属阳离子在抗菌领域中表现出应用潜力，但传统的金属阳离子抗菌剂对于杀菌用量高，生物安全性差。因此构建毒副作用低的抗菌剂仍是一大挑战。
纳米二维金属氧化物具有优异的物理化学特性，比表面积大、生物相溶性好，与金属阳离子结合可以构建稳定金属阳离子缓释体系，能改善其灭毒杀菌效能。因此，开发制备工艺简单、性能高效、金属阳离子稳定缓释抗菌剂具有实际应用意义。
发明内容
本发明目的在于提供一种插层型金属氧化物抗菌剂的制备方法，制备方法简单，易于放大生产，适用于杀灭空气中微生物污染物。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种插层型金属氧化物抗菌剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)向锰盐、钨盐或钼盐溶液中加入还原剂溶液，混合均匀，调节pH值为4～8，然后于120～250℃下反应6h～18h，分离并烘干，得到二维金属氧化物；
(2)将二维金属氧化物分散到溶剂中，然后加入细菌营养提取物溶液和可溶性金属盐溶液，0℃～10℃下进行超声剥离后，滤掉上清液，离心分离并烘干，制得插层型金属氧化物抗菌剂。
本发明进一步的改进在于，锰盐为硝酸锰或硫酸锰，钨盐为钨酸钠或钨酸铵，钼盐为钼酸钠或钼酸铵。
本发明进一步的改进在于，锰盐、钨盐或钼盐溶液的浓度为1mol/L～3mol/L。
本发明进一步的改进在于，还原剂溶液的浓度为3mol/L～6mol/L；锰盐、钨盐或钼盐溶液与还原剂溶液的体积比为1:1。
本发明进一步的改进在于，还原剂为谷胱甘肽、半胱氨酸、半胱氨酸盐酸盐与双氧水中的一种或几种。
本发明进一步的改进在于，溶剂为水与有机溶剂的混合溶液，或溶剂为水。
本发明进一步的改进在于，有机溶剂为乙醇、二甲基亚砜与二甲基甲酰胺中的至少一种；混合溶液中的水与有机溶剂的体积比为1:1～1:4。
本发明进一步的改进在于，细菌营养提取物为酵母提取物与牛肉膏提取物中的至少一种。
本发明进一步的改进在于，细菌营养提取物溶液浓度为0.1～10mg/mL。
本发明进一步的改进在于，可溶性金属盐为硝酸铜、氯化铜、乙酸铜、硝酸钴、氯化钴、硝酸锌、氯化锌、乙酸锌与氯金酸中的至少一种，可溶性金属盐溶液的浓度为0.1mmol/L～1mmol/L。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：由于锰盐，钨盐与钼盐易合成比表面积大，生物相容性好的二维纳米材料，并且此类二维材料易于吸附细菌，在液相剥离的条件下易于产生氧缺陷从而提高抗菌性能。所以，本发明通过锰盐、钨盐或钼盐中的金属阳离子和细菌营养提取物插层改变金属氧化物层间距和电子结构、配位环境，引入表面缺陷位点制备了功能薄层二维纳米金属氧化物抗菌剂，氧缺陷能促进氧气活化生成活性氧物种，协同金属阳离子有效杀菌，该制备方法简单、成本低，易于放大。本发明制备的抗菌剂先通过层间营养物质和缓释的金属阳离子正电荷主动靶向吸附空气中的微生物，金属阳离子攻破细菌膜，进入胞内与细菌内的酶和蛋白反应，同时金属氧化物产生的活性氧物种进入胞内损伤DNA和降解胞内谷胱甘肽(GSH)，加剧细菌死亡，提高杀菌效率。该插层型金属氧化物抗菌剂使用量低，具有抗菌效率高、持久性长、广谱杀菌性、良好的生物安全性等优点。
具体实施方式
以下是具体实施例对本发明作详细的说明。以下所举实施例仅用于解释本发明，而非用于限制本发明的范围。
本发明通过金属阳离子插层法制备了具有主动靶向吸附的二维纳米抗菌剂。
本发明的一种插层型金属氧化物抗菌剂的制备方法包括以下步骤：
(1)二维金属氧化物合成：将1mol/L～3mol/L的锰盐、钨盐或钼盐溶液加入高压反应釜中，加入还原剂溶液(还原剂为谷胱甘肽、半胱氨酸、半胱氨酸盐酸盐、双氧水中的一种或几种，还原剂溶液的浓度为3mol/L～6mol/L)，混合均匀，用醋酸或氨水调节pH值为4-8，然后于120℃～250℃水热反应6～18h，离心分离，25℃～100℃烘干，得到二维金属氧化物。其中，锰盐、钨盐或钼盐溶液与还原剂溶液的体积比为1:1。
(2)抗菌剂制备：将二维金属氧化物分散在水和有机溶剂的混合溶液中，然后加入0.1mmol/L～1mmol/L可溶性金属盐溶液和和0.1～10mg/mL的细菌营养提取物溶液，于0℃～10℃超声剥离0.5h-6h，捞出样品干燥，制得插层型金属氧化物抗菌剂。其中，金属盐可以为硝酸铜、氯化铜、乙酸铜、硝酸钴、氯化钴、硝酸锌、氯化锌、乙酸锌与氯金酸中的一种或几种，细菌营养提取物为酵母提取物(ELB)或者牛肉膏(BLB)中的一种。有机溶剂为乙醇、二甲基亚砜与二甲基甲酰胺中的至少一种，水和有机溶剂的混合溶液中的水与有机溶剂的体积比为1:1～1:4。细菌营养提取物购自OXOID。
本发明的一种插层型金属氧化物抗菌剂应用于杀灭空气中的细菌。
本发明制备的一种插层型金属氧化物抗菌剂通过平板计数法进行抗菌效率(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌)测试，以实验组和空白对照组菌落数的比率表征抗菌活性。其中，测试条件：细菌作用浓度2.0×105CFU/mL，抗菌剂用1mg/mL，培育温度37℃，杀菌时间30min。
下面为具体实施例。
实施例1
(1)将100mL的1mol/L钼酸铵溶液和100mL 3mol/L谷胱甘肽水溶液混匀，采用醋酸调节pH＝4，水热120℃反应18h，离心洗涤，25℃烘干，制得MoOx。
(2)将步骤(1)中MoOx分散到水中，形成50mL 10mg/mL的分散液，加入1mL0.1mmol/L硝酸铜溶液和1mL 0.1mg/mL ELB溶液，于0～10℃下机械剥离0.5h，捞出样品于80℃干燥，制得Cu@ELB@MoOx即为插层型金属氧化物抗菌剂。
实施例2
(1)将100mL 3mol/L钼酸铵水溶液和100mL 6mol/L半胱氨酸水溶液混匀，采用醋酸调节pH＝4，水热250℃反应6h，离心洗涤，100℃烘干，制得MoOx。
(2)将步骤(1)中MoOx分散到水中，形成50mL 10mg/mL的分散液，加入1mL 1mmol/L硝酸锌溶液和1mL 10mg/mL ELB溶液，于0～10℃下机械剥离5h，捞出样品于80℃干燥，制得Zn@ELB@MoOx。
实施例3
(1)将100mL 1mol/L钨酸钠溶液和100mL 3mol/L谷胱甘肽水溶液混匀，采用醋酸调节pH＝5.0，水热180℃反应8h，离心洗涤，50℃烘干，制得WOx。
(2)将步骤(1)中WoOx分散到水中，形成50mL 10mg/mL的分散液，加入1mL0.4mmol/L硝酸锌溶液和1mL 0.3mg/mL ELB溶液，于0～10℃下机械剥离2h，捞出样品于80℃干燥，制得Zn@ELB@WoOx。
实施例4
(1)将100mL的2mol/L硫酸锰水溶液和100mL的4mol/L半胱氨酸水溶液混匀，采用氨水调节pH＝8.0，水热120℃反应16h，离心洗涤，50℃烘干，制得MnOx。
(2)将步骤(1)中MnOx分散到水中，形成50mL 10mg/mL的分散液，加入1mL0.1mmol/L氯金酸溶液和1mL 0.2mg/mL BLB溶液，于0～10℃下机械剥离4h，捞出样品于80℃干燥，制得Au@BLB@MnOx。
对金属阳离子插层的金属氧化物纳米抗菌剂抗菌效率测试结果：如表1所示，实施例1、实施例2、实施例3、实施例4所得金属阳离子插层的金属氧化物(Cu@ELB@MoOx、Zn@ELB@MoOx、Zn@ELB@WoOx、Au@ELB@MnOx)，对革兰氏阴性菌大肠杆菌和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌表现出良好的杀灭性能，去除效率30min内均达到98％以上。结果如表1所示：
表1实施例1-4抗菌效率
Figure BDA0002659327300000051
从表1可以看出，本发明实施例1-4的抗菌率较高。
实施例5
(1)将100mL的3mol/L硝酸锰溶液和100mL 3mol/L半胱氨酸盐酸盐水溶液混匀，采用氨水调节pH＝8，水热200℃反应10h，离心洗涤，25℃烘干，制得MnOx。
(2)将步骤(1)中MnOx分散到水与乙醇的混合溶液中，形成50mL 10mg/mL的分散液，加入1mL 0.1mmol/L硝酸锌溶液和1mL 0.1mg/mL ELB溶液，于0～10℃下机械剥离1h，捞出样品于80℃干燥，制得Zn@ELB@MnOx即为插层型金属氧化物抗菌剂。水与乙醇的体积比为1:4。
实施例6
(1)将100mL的2mol/L硝酸锰溶液和100mL 3mol/L双氧水溶液混匀，采用氨水调节pH＝8，水热250℃反应6h，离心洗涤，25℃烘干，制得MnOx。
(2)将步骤(1)中MnOx分散到水与二甲基亚砜的混合溶液中，形成50mL 10mg/mL的分散液，加入1mL 0.1mmol/L乙酸锌溶液和1mL 0.1mg/mL ELB溶液，于0～10℃下机械剥离2h，捞出样品于80℃干燥，制得Zn@ELB@MnOx即为插层型金属氧化物抗菌剂。其中，水与二甲基亚砜的体积比为1:1。
实施例7
(1)将100mL的2mol/L钨酸铵溶液和100mL 3mol/L半胱氨酸水溶液混匀，采用醋酸调节pH＝5，水热120℃反应18h，离心洗涤，25℃烘干，制得WoOx。
(2)将步骤(1)中WoOx分散到水、二甲基亚砜与二甲基甲酰胺的混合溶液中，形成50mL 10mg/mL的分散液，加入1mL 0.1mmol/L硝酸铜溶液和1mL 0.1mg/mL ELB溶液，于0～10℃下机械剥离3h，捞出样品于80℃干燥，制得Cu@ELB@WoOx即为插层型金属氧化物抗菌剂。其中，水的体积与二甲基亚砜与二甲基甲酰胺的混合物的体积比为1:2。
实施例8
(1)将100mL 3mol/L钼酸钠水溶液和100mL 5mol/L半胱氨酸溶液混匀，采用醋酸调节pH＝4，水热250℃反应6h，离心洗涤，100℃烘干，制得MoOx。
(2)将步骤(1)中MoOx分散到水与二甲基亚砜的混合溶液中，形成50mL 10mg/mL的分散液，加入1mL可溶性金属盐溶液和1mL 10mg/mL ELB溶液，于0～10℃下机械剥离0.5h，捞出样品于80℃干燥，制得Cu@ELB@MoOx，其中，可溶性金属盐为硝酸铜、氯化铜、乙酸铜的混合物；硝酸铜、氯化铜与乙酸铜的总的浓度为1mmol/L，水与二甲基亚砜的体积比为1:4。
本发明采用水热法合成二维金属氧化物；将二维金属氧化物分散在水和有机溶剂的混合溶液中，向混合溶液中加入细菌营养提取物和可溶性金属盐溶液，于0～10℃下进行超声剥离，滤掉上清液，制得插层型的金属氧化物抗菌剂。本发明制备的插层型金属氧化物抗菌剂具有主动靶向吸附空气中微生物的作用，依靠缓释金属阳离子对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌进行彻底杀灭，其抗菌性能高效且效果持久，在抗菌领域中的应用前景广阔。

Claims (7)

1.一种插层型金属氧化物抗菌剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向锰盐、钨盐或钼盐溶液中加入还原剂溶液，混合均匀，调节pH值为4～8，然后于120～250℃下反应6h～18h，分离并烘干，得到二维金属氧化物；
(2)将二维金属氧化物分散到溶剂中，然后加入细菌营养提取物溶液和可溶性金属盐溶液，0℃～10℃下进行超声剥离后，滤掉上清液，离心分离并烘干，制得插层型金属氧化物抗菌剂；
锰盐为硝酸锰或硫酸锰，钨盐为钨酸钠或钨酸铵，钼盐为钼酸钠或钼酸铵；
还原剂为谷胱甘肽、半胱氨酸、半胱氨酸盐酸盐与双氧水中的一种或几种；
细菌营养提取物为酵母提取物与牛肉膏提取物中的至少一种；
可溶性金属盐为硝酸铜、氯化铜、乙酸铜、硝酸钴、氯化钴、硝酸锌、氯化锌、乙酸锌与氯金酸中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种插层型金属氧化物抗菌剂的制备方法，其特征在于，锰盐、钨盐或钼盐溶液的浓度为1mol/L～3mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种插层型金属氧化物抗菌剂的制备方法，其特征在于，还原剂溶液的浓度为3mol/L～6mol/L；锰盐、钨盐或钼盐溶液与还原剂溶液的体积比为1:1。
4.根据权利要求1所述的一种插层型金属氧化物抗菌剂的制备方法，其特征在于，溶剂为水与有机溶剂的混合溶液，或溶剂为水。
5.根据权利要求4所述的一种插层型金属氧化物抗菌剂的制备方法，其特征在于，有机溶剂为乙醇、二甲基亚砜与二甲基甲酰胺中的至少一种；混合溶液中的水与有机溶剂的体积比为1:1～1:4。
6.根据权利要求1所述的一种插层型金属氧化物抗菌剂的制备方法，其特征在于，细菌营养提取物溶液浓度为0.1～10mg/mL。
7.根据权利要求1所述的一种插层型金属氧化物抗菌剂的制备方法，其特征在于，可溶性金属盐溶液的浓度为0.1mmol/L～1mmol/L。
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