CN115039789A - 一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂及其制备方法和用途 - Google Patents

一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂及其制备方法和用途 Download PDF

Info

Publication number
CN115039789A
CN115039789A CN202210884561.7A CN202210884561A CN115039789A CN 115039789 A CN115039789 A CN 115039789A CN 202210884561 A CN202210884561 A CN 202210884561A CN 115039789 A CN115039789 A CN 115039789A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mgo
antibacterial agent
morphology
antibacterial
prepared
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210884561.7A
Other languages
English (en)
Inventor
赵娇
朱益民
李小艺
刘鸿燕
尤通
范维
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian Maritime University
Original Assignee
Dalian Maritime University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian Maritime University filed Critical Dalian Maritime University
Priority to CN202210884561.7A priority Critical patent/CN115039789A/zh
Publication of CN115039789A publication Critical patent/CN115039789A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N59/00—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing elements or inorganic compounds
    • A01N59/06—Aluminium; Calcium; Magnesium; Compounds thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01P—BIOCIDAL, PEST REPELLANT, PEST ATTRACTANT OR PLANT GROWTH REGULATORY ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR PREPARATIONS
    • A01P1/00—Disinfectants; Antimicrobial compounds or mixtures thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01P—BIOCIDAL, PEST REPELLANT, PEST ATTRACTANT OR PLANT GROWTH REGULATORY ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR PREPARATIONS
    • A01P3/00—Fungicides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F5/00—Compounds of magnesium
    • C01F5/02—Magnesia
    • C01F5/06—Magnesia by thermal decomposition of magnesium compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F5/00—Compounds of magnesium
    • C01F5/24—Magnesium carbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/85—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by XPS, EDX or EDAX data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/20—Particle morphology extending in two dimensions, e.g. plate-like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Pest Control & Pesticides (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Agronomy & Crop Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂及其制备方法和用途。一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的制备方法，包括以下步骤：S1：将硝酸镁加入去离子水中，并搅拌至溶解，制得溶液A；S2：将碳酸钠溶解在纯水中，并进行预热，将预热后的碳酸钠和步骤S1制得的溶液A混合均匀；S3：将步骤S2制得的混合液在40‑80℃下，静置1‑3h后分离，得到沉淀物；S4：将步骤S3获得的沉淀物冷却，随后进行洗涤、干燥，得到前驱物；S5：将步骤S4制得的前驱物在无氧气氛中煅烧，得到具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂。本发明公开的一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂及其制备方法和用途，形成具有薄片聚集体结构的纳米MgO材料，从而显著提高纳米MgO的抗菌活性。

Description

一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及抗菌材料领域，尤其涉及一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂及其制备方法和用途。
背景技术
由细菌和病毒等带有病原性的微生物引发的传染病对人类健康造成极大危害，耐药和变异更使其雪上加霜，因此，研发高效无机抗菌剂对于保证人体健康和公共环境卫生具有重要意义。
现有授权公告号为CN112088897B，公告日为2021.10.22公开的一种纳米氧化镁无机抗菌剂的制备方法，包括如下步骤：S1、将锂盐、镁盐、络合剂溶解在去离子水中，搅拌后得到澄清溶液；S2、将沉淀剂加入到步骤S1所得澄清溶液中搅拌；S3、将步骤S2混合物加热；S4、将步骤S3产物取出后冷却至室温进行洗涤，真空干燥得到前驱物；S5、将步骤S4前驱物在无氧气氛中煅烧，得到纳米氧化镁无机抗菌剂。
虽然采用上述方法制备的纳米氧化镁无机抗菌剂通过氮气煅烧和锂掺杂的协同方法以调控纳米氧化镁的表面氧空位浓度，在24h内，100μg/mL的抗菌剂对大肠杆菌(108cfu/mL)的24h抗菌率达到98.5％。但是通过添加络合剂制备的纳米氧化镁是不规则薄片形貌，不能对细菌造成结构损伤，因此只能依靠抗菌剂产生的活性氧对细菌产生氧化损伤。虽然经过氮气煅烧和锂掺杂的协同方法，能够提高纳米氧化镁表面氧空位浓度，产生更多活性氧物质，从而提高纳米氧化镁的抗菌性能，但是活性氧的产生和释放需要一定的时间，同时细菌对低浓度活性氧具有一定耐受性，只有当活性氧积累到相当浓度才能发挥杀菌作用，因此采用上述方法制备的纳米氧化镁无机抗菌剂的短时间抗菌效果较差，有待进一步改进提高。
发明内容
本发明公开了一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂及其制备方法和用途，通过采用特定的镁盐、特定的沉淀剂，限定加热温度及陈化时间改变前驱体形貌，以形成具有薄片聚集体结构的纳米MgO材料，从而显著提高纳米MgO的抗菌活性，能够缩短灭菌周期，提高灭菌效率。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将0.04重量份的硝酸镁加入50重量份的去离子水中，并在60-80℃下500r/min的转速搅拌至溶解，制得Mg2+物质的量为0.8mol/L的溶液A；
S2：将0.04重量份的碳酸钠溶解在100重量份的纯水中，并在60-80℃下进行预热，将预热后的碳酸钠和步骤S1制得的溶液A混合均匀；
S3：将步骤S2制得的混合液在40-80℃下，静置1-3h后分离，得到上清液和沉淀物；
S4：将步骤S3获得的沉淀物冷却至23-26℃，随后进行洗涤、干燥，得到前驱物；
S5：将步骤S4制得的前驱物在无氧气氛中煅烧，煅烧温度为450-850℃，煅烧时间为2-5h，得到具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂，无氧气氛优选为氮气气氛。
通过采用上述技术方案，硝酸镁和碳酸钠发生沉淀反应，在40-80℃下转化为薄片聚集体形貌的碱式碳酸镁前驱物。
碱式碳酸镁在氮气气氛中高温热解生成氧化镁，氧化镁仍保持前驱物的薄片聚集体形貌，反应方程式如下：
5Na2CO3+5Mg(NO3)2+5H2O＝4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O↓+10NaNO3+CO2↑
4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O＝5MgO+4CO2↑+5H2O
由于纳米MgO的抗菌性能依赖于特定形貌的接触性结构杀菌机制，特殊的薄片聚集体形貌结构有利于对细菌造成物理损伤进而使细菌灭活。通过特定合成手段调变其表面形貌是提高其结构杀菌效率的关键技术手段。
进一步地，在步骤S2中，将预热处理后的碳酸钠在5-10s内快速加入步骤S1制得的澄清溶液中。
进一步地，在步骤S3中，将步骤S2制得的混合液静置之前，预先在40-80℃下，以1000r/min的速度搅拌3min。
一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂，由具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的制备方法制备而成。
一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的用途，所述的具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂用包括但不限于作大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、黑曲霉菌的抑菌剂。
本发明公开的一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂及其制备方法和用途的有益效果：
1、通过调控合成体系中镁盐种类、沉淀剂种类，采用硝酸镁作为镁盐、碳酸钠为沉淀剂、调控加热温度及陈化时间精准调变纳米MgO表面形貌，将纳米MgO薄片的厚度控制在10-20nm，薄片之间间隙在300-350nm，相较于常见的抗菌剂，对细菌的结构杀菌效率好，显著提高纳米MgO的抗菌性能；
2、本方法具有成本低廉、制备工艺简单、易于工业化等优点；
3、利用本方法合成的纳米MgO具有薄片聚集体形貌，抗菌活性优异，在2h内，100μg/mL的抗菌剂对大肠杆菌(108cfu/mL)的2h抗菌率达到99.9％，在0.5h内，80μg/mL的该材料可完全灭活106cfu/mL的大肠杆菌，实现短时间内高效杀灭细菌，显著抑制细菌生长。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所制备的纳米MgO(MgO-1)与对比例1(D1)、对比例2(D2)、对比例6-8(D6、D7、D8)所制备的纳米MgO的SEM结果对比图；
图2为实施例1所制备的纳米MgO(MgO-1)与对比例1(D1)所制备的纳米MgO抑制细菌生长情况；
图3为实施例1所制备的纳米MgO(MgO-1)与对比例1(D1)、对比例6(D6)所制备的纳米MgO的透析管抗菌性能对比图；
图4为实施例1所制备纳米MgO(MgO-1)与对比例7(D7)、对比例8(D8)所制备的纳米MgO的抗菌性能对比图；
图5为实施例1所制备MgO(MgO-1)与实施例6(MgO-6)、对比例7(D7)所制备的MgO的荧光(PL)光谱；
图6为实施例1所制备MgO(MgO-1)与实施例6(MgO-6)、对比例7(D7)所制备的MgO的XPS谱图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图1-6，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
抗菌剂的实施例、对比例及其抗菌率的测定
本申请所涉及的抗菌剂的抗菌率的测定方法：采用振荡-菌落计数法，参照国家标准《GB/T 21510-2008纳米无机材料抗菌性能检测方法》，选择大肠杆菌作为抗菌检测的实验菌种。
本申请所涉及的抗菌剂的形貌的测试方法：扫描电镜(SEM)照片。
实施例
实施例1
一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将0.04mol的Mg(NO3)2·6H2O加入50mL去离子水中，并在70℃下以500r/min的转速搅拌至溶解，得到浓度为0.8mol/L的Mg(NO3)2·6H2O溶液；
S2：将0.04mol的Na2CO3溶解在100mL纯水中，加热至60℃并搅拌均匀，进行预热，将预热后的Na2CO3溶液在5s内一次性快速加入到步骤S1制得的Mg(NO3)2·6H2O溶液中；
S3：将步骤S2制得的混合液在70℃下，以1000r/min的转速搅拌3min后静置陈化1h然后离心，得到上清液和沉淀物；
S4：将步骤S3获得的白色沉淀物冷却至25℃，然后用去离子水和无水乙醇分别洗涤离心3次后，将白色沉淀真空干燥后得到前驱物；
S5：将步骤S4制得的前驱物置于管式炉中550℃氮气煅烧3h，得到具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂，记作MgO-1。
抗菌率：以大肠杆菌为微生物模型进行抗菌活性评价，实验结果如下：浓度为100μg/mL的MgO-1抗菌剂在2h内可高效灭活108cfu/mL的大肠杆菌，其抗菌率达到99.9％；浓度为80μg/mL的MgO-1抗菌剂在0.5h内可完全灭活106cfu/mL的大肠杆菌。
形貌：扫描电镜(SEM)照片参照图1，薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的主体上薄片的厚度为10-20nm，薄片之间间隙为300-350nm。
实施例2
一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：同实施例1；
S2：将0.04mol的Na2CO3溶解在100mL纯水中，加热至80℃并搅拌均匀，进行预热，将预热后的Na2CO3溶液在5s内一次性快速加入到步骤S1制得的Mg(NO3)2·6H2O溶液中；
S3：同实施例1；
S4：同实施例1；
S5：同实施例1，得到具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂，记作MgO-2。
抗菌率：以大肠杆菌为微生物模型进行抗菌活性评价，实验结果如下：浓度为100μg/mL的MgO-2抗菌剂在2h内可高效灭活108cfu/mL的大肠杆菌，其抗菌率达到99.8％，浓度为80μg/mL的MgO-2抗菌剂在0.5h内可完全灭活106cfu/mL的大肠杆菌；
薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的主体上薄片的厚度为10-20nm，薄片之间间隙为300-350nm。
实施例3
一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：同实施例1；
S2：将0.04mol的Na2CO3溶解在100mL纯水中，加热至60℃并搅拌均匀，进行预热，将预热后的Na2CO3溶液在10s内一次性快速加入到步骤S1制得的Mg(NO3)2·6H2O溶液中；
S3：同实施例1；
S4：同实施例1；
S5：同实施例1，得到具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂，记作MgO-3。
抗菌率：以大肠杆菌为微生物模型进行抗菌活性评价，实验结果如下：浓度为100μg/mL的MgO-3抗菌剂在2h内可高效灭活108cfu/mL的大肠杆菌，其抗菌率达到99.5％，浓度为80μg/mL的MgO-3抗菌剂在0.5h内可完全灭活106cfu/mL的大肠杆菌；
薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的主体上薄片的厚度为10-20nm，薄片之间间隙为300-350nm。
实施例4
一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：同实施例1；
S2：将0.04mol的Na2CO3溶解在100mL纯水中，加热至60℃并搅拌均匀，进行预热，将预热后的Na2CO3溶液在20s内一次性快速加入到步骤S1制得的Mg(NO3)2·6H2O溶液中；
S3：同实施例1；
S4：同实施例1；
S5：同实施例1，得到具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂，记作MgO-4。
抗菌率：以大肠杆菌为微生物模型进行抗菌活性评价，实验结果如下：浓度为100μg/mL的MgO-4抗菌剂在2h内可有效灭活108cfu/mL的大肠杆菌，其抗菌率达到92％，浓度为80μg/mL的MgO-4抗菌剂在0.5h内可完全灭活106cfu/mL的大肠杆菌；
薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的主体上薄片的厚度为20-30nm，薄片之间间隙为300-350nm。
实施例5：
S1：同实施例1；
S2：同实施例1；
S3：将步骤S2制得的混合液在70℃下，以1000r/min的转速搅拌3min后静置陈化2h然后离心，得到上清液和沉淀物；
S4：同实施例1；
S5：同实施例1，得到具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂，记作MgO-5。
抗菌率：以大肠杆菌为微生物模型进行抗菌活性评价，实验结果如下：浓度为100μg/mL的MgO-5抗菌剂在2h内可高效灭活108cfu/mL的大肠杆菌，其抗菌率达到99.8％，浓度为80μg/mL的MgO-5抗菌剂在0.5h内可完全灭活106cfu/mL的大肠杆菌；
薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的主体上薄片的厚度为10-20nm，薄片之间间隙为300-350nm。
实施例6
一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：同实施例1；
S2：同实施例1；
S3：同实施例1；
S4：同实施例1；
S5：将步骤S4制得的前驱物置于管式炉中550℃真空煅烧3h，得到具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂，记作MgO-6。
抗菌率：以大肠杆菌为微生物模型进行抗菌活性评价，实验结果如下：浓度为100μg/mL的MgO-6抗菌剂在2h内可高效灭活108cfu/mL的大肠杆菌，其抗菌率达到99.2％，浓度为80μg/mL的MgO-6抗菌剂在0.5h内可完全灭活106cfu/mL的大肠杆菌；
薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的主体上薄片的厚度为10-20nm，薄片之间间隙为300-350nm。
对比例
对比例1：与实施例1的区别仅在于：在步骤S2中，预热后的Na2CO3溶液以每秒两滴的速度滴加至步骤S1制得的Mg(NO3)2·6H2O溶液中，将得到具有单片状形貌的抗菌剂，记作D1。
抗菌率：以大肠杆菌为微生物模型进行抗菌活性评价，实验结果如下：浓度为100μg/mL的D1抗菌剂在2h内对于108cfu/mL大肠杆菌的抗菌率达到50.1％，浓度为450μg/mL的D1抗菌剂在1h内可完全灭活106cfu/mL的大肠杆菌；
形貌：扫描电镜(SEM)照片参照图1，MgO抗菌剂的片状尺寸为200-300nm，厚度为20-30nm，且由图1电镜照片能够看出颗粒和颗粒之间不是一个一个颗粒分开的，即纳米片互相黏连。
对比例2：与实施例1的区别仅在于：在步骤S2中，Na2CO3溶液的预热温度是35℃，将得到具有棒状形貌的抗菌剂，记作D2。
抗菌率：以大肠杆菌为微生物模型进行抗菌活性评价，实验结果如下：浓度为100μg/mL的D2抗菌剂在2h内对于108cfu/mL大肠杆菌的抗菌率达到70.4％；浓度为450μg/mL的D2抗菌剂在1h内可完全灭活106cfu/mL的大肠杆菌；
形貌：扫描电镜(SEM)照片参照图1，棒状MgO抗菌剂的长度为5-15μm。
对比例3：
一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将0.04mol的MgSO4加入50mL去离子水中，并在70℃下搅拌至溶解，得到浓度为0.8mol/L的MgSO4溶液；
S2：同实施例1；
S3：同实施例1；
S4：同实施例1；
S5：同实施例1，得到具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂，记作D3。
抗菌率：以大肠杆菌为微生物模型进行抗菌活性评价，实验结果如下：浓度为100μg/mL的D3抗菌剂在2h内可有效灭活108cfu/mL的大肠杆菌，其抗菌率达到87.5％，浓度为250μg/mL的D3抗菌剂在1h内可完全灭活106cfu/mL的大肠杆菌；
薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的主体上薄片的厚度为20-50nm，薄片之间间隙为150-200nm。
对比例4
一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：同实施例1；
S2：将0.04mol/L的氢氧化钾溶解在100mL纯水中，加入至60℃并搅拌均匀，进行预热，将预热后的氢氧化钾溶液在5s内快速加入到步骤S1制得的Mg(NO3)2·6H2O溶液中；
S3：同实施例1；
S4：同实施例1；
S5：同实施例1，得到具有不规则薄片形貌的MgO抗菌剂，记作D4。
抗菌率：以大肠杆菌为微生物模型进行抗菌活性评价，实验结果如下：浓度为100μg/mL的D4抗菌剂在2h内对于108cfu/mL大肠杆菌的抗菌率达到52.5％，浓度为450μg/mL的D3抗菌剂在1h内可完全灭活106cfu/mL的大肠杆菌；
不规则薄片形貌的MgO抗菌剂的厚度为20-30nm，薄片之间相互黏连。
对比例5
一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：同实施例1；
S2：将0.04mol/L的草酸钠溶解在100mL纯水中，加入至60℃并搅拌均匀，进行预热，将预热后的无水草酸钠溶液在5s内快速加入到步骤S1制得的Mg(NO3)2·6H2O溶液中；
S3：同实施例1；
S4：同实施例1；
S5：同实施例1，得到具有不规则薄片形貌的MgO抗菌剂，记作D4。
抗菌率：以大肠杆菌为微生物模型进行抗菌活性评价，实验结果如下：浓度为100μg/mL的D5抗菌剂在2h内对于108cfu/mL大肠杆菌的抗菌率达到55％，浓度为450μg/mL的D3抗菌剂在1h内可完全灭活106cfu/mL的大肠杆菌；
不规则薄片形貌的MgO抗菌剂的厚度为20-30nm，薄片之间相互黏连。
对比例6
专利202011010475.0公开了一种纳米氧化镁无机抗菌剂及其制备方法。最优实施步骤如下：
S1：将9.25mmol的MgCl2·6H2O、0.75mmol的LiNO3(摩尔占比为7.5％)和0.3mmol的EDTA-2Na溶解在70mL去离子水中，搅拌后得到澄清溶液；
S2：将10mLNH3·H2O逐滴加入到上述澄清液中剧烈搅拌20min；
S3：将步骤S2制得的混合液放入反应釜中180℃加热24h，取出后冷却至室温；
S4：将步骤S3制得的混合液离心除去上清液后，用去离子水和无水乙醇分别洗涤离心，将白色沉淀真空干燥后得到前驱物；
S5：将步骤S4制得的前驱物在氮气中以750℃煅烧4h，得到具有不规则薄片形貌的MgO抗菌剂，记作D6。
抗菌率：以大肠杆菌为微生物模型进行抗菌活性评价，浓度为100μg/mL的D6抗菌剂在2h内对于108cfu/mL大肠杆菌的抗菌率达到60.2％，浓度为450μg/mL的D6抗菌剂在1h内可完全灭活106cfu/mL的大肠杆菌。
形貌：扫描电镜(SEM)照片参照图1，不规则薄片形貌的MgO抗菌剂的厚度为20-40nm，尺寸为100-500nm，薄片之间相互黏连。
对比例7
与实施例1的区别仅在于：在步骤S5中，前驱物在空气中煅烧，得到具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂，记作D7。
抗菌率：以大肠杆菌为微生物模型进行抗菌活性评价，实验结果如下：浓度为100μg/mL的D7抗菌剂在2h内对大肠杆菌的抗菌率<20％；浓度为1000μg/mL的D7抗菌剂在1h内可完全灭活106cfu/mL的大肠杆菌。
形貌：扫描电镜(SEM)照片参照图1，薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的主体上薄片的厚度为10-20nm，薄片之间间隙为300-350nm。
对比例8
与实施例1的区别仅在于：将步骤S4获得的前驱物记作D8。
抗菌率：以大肠杆菌为微生物模型进行抗菌活性评价，D8不具有抗菌性能。
形貌：扫描电镜(SEM)照片参照图1，薄片聚集体形貌的前驱物的主体上薄片的厚度为10-20nm，薄片之间间隙为300-350nm。
性能检测试验
1、对于实施例1和对比例1提供的抗菌剂进行抑制细菌生长测试：检测结果见图2。
挑取大肠杆菌放置到LB液体培养基中活化16h，使其保持较高的活性，用LB液体培养基将原始菌液离心重悬稀释成适宜的菌液(OD600初始值为0.15)。将一定量的MgO样品加入到稀释菌液中，在37℃恒温摇床中振荡(150rmin)培养，空白对照组为大肠杆菌菌液。利用紫外-可见分光光度计，测试波长为600nm，定时取样测试其吸光度值。空白对照组将LB液体培养基作为对照溶液将分光光度计调零，实验组则将等量MgO样品的LB液体培养基作为对照调零，扣除样品和LB液体培养基的背景。利用不同时刻的吸光度值来评价细菌的浓度，绘制细菌的生长曲线以评价纳米MgO样品对细菌生长的抑制作用。
由图2可知，在0-2h内，含实施例1(MgO-1)样品的细菌生长曲线非常平缓，表明加入实施例1(MgO-1)样品后完全抑制了细菌的生长。具有薄片聚集体形貌的纳米MgO依赖其锋利的特殊表面结构可在短时间内快速杀灭细菌。对比例1(D1)样品在相同时间内难以完全抑制细菌的生长，这表明单片状形貌的纳米MgO抑菌能力远低于具有薄片聚集体形貌的样品。
2、对于实施例1和对比例1以及对比例6提供的抗菌剂进行抗菌性能，检测结果见图3。
利用透析管实验进行抗菌评价。当MgO样品装入透析管后，ROS和溶解离子可由透析管扩散进入菌液中；MgO则被限制在透析管内，不可与细菌直接接触。因此，通过接触效应测试可有效区分MgO的ROS抗菌和接触性杀菌性能。实验步骤如下：用PBS溶液稀释大肠杆菌，将菌液浓度调整为105CFU/mL。将MgO样品放入透析管(压宽10mm，截留分子量12000-14000)并投入到菌液中。作为对照组，向大肠杆菌菌液中添加等量的MgO样品进行测试。振荡培养24h后采用菌落计数法计算其抗菌率。
由图3可知，实施例1(MgO-1)样品在未使用透析管时，其抗菌率接近100％；然而在使用透析管后其抗菌率降低至30.6％，使用透析管前后样品抗菌率存在显著差异。相比于未使用透析管，对比例1(D1)样品在使用透析管后的抗菌率下降幅度远小于实施例1(MgO-1)样品。对比例6(D6)样品在使用透析管后抗菌率仅略有下降。由此可见，使用透析管包覆样品后，阻碍了细菌与样品的直接接触，导致结构杀菌无法发挥作用，因此，实施例1(MgO-1)样品的高抗菌活性主要依赖于样品的薄片聚集体形貌进行接触性结构杀菌。而对比例6(D6)样品产生的ROS和各类离子是决定其抗菌性能的最重要因素。
3、对于实施例1和对比例7-8提供的抗菌剂进行抗菌性能，检测结果见图4。
采用振荡-菌落计数法，参照国家标准《GB/T 21510-2008纳米无机材料抗菌性能检测方法》，选择大肠杆菌作为抗菌检测的实验菌种。
由图4可知，对比例8前驱物同样具有薄片聚集体形貌，然而其没有抗菌活性，这证明只有锋利薄片不足以造成细菌死亡，要想得到抗菌性能优异的抗菌剂，还必须有足够的活性氧产生，以达到氧化损伤和结构杀菌的协同作用。对比例7为在空气中煅烧制备的薄片聚集体形貌MgO，然而其抗菌活性很差，远低于实施例和对比例1-6，这是因为在空气中煅烧制备的MgO其活性氧产生量小于在氮气中煅烧制备的MgO。
4、测定对实施例1、实施例6和对比例7提供的抗菌剂进行进行如下性能测试：
(1)荧光光谱(PL)测试：利用法国HoribaJobin Yvon(FL3-211)型荧光光谱仪，光源为150W的氙灯，设定激发波长为225nm对样品进行表征，检测结果见图5。
如图5所示，MgO-1、MgO-6、D7样品在300-600nm波长范围内均存在两处明显的发光信号，其强发光信号出现在360nm处，而弱发光信号出现在470nm处。根据发光信号的位置推测前者是由于F2缺陷引起，后者则是因样品的F2 +缺陷中心所致。观察发光强度可知，MgO-1信号略强于MgO-6，明显强于D7。PL结果表明，相比于空气气氛，氮气和真空煅烧后MgO的PL信号明显增强，这归因于荧光激发后导带电子跃迁到样品缺陷的带间能级，表明MgO-1和MgO-6具有更多的晶体缺陷。
(2)X射线光电子能谱(XPS)：采用美国ThermoVG公司ESCALAB250型X射线光电子能谱仪对样品表征测试，辐射源为Al-Kα(hν＝1486.6eV)，功率为150W，分析器通能为50eV。电子结合能值以该样品的碳C1s(284.6eV)为内标进行标定，校正其荷电效应，检测结果见图6。
由于活性氧的产生来源于MgO材料中氧空位对空气中氧的活化，活性氧产生量与氧空位直接相关。利用XPS分析吸附氧含量变化。在图6中，MgO的高分辨O1s谱图分别在529.5eV和531.6eV处出现特征峰，前者被认为是存在的晶格氧(OL)所致，后者则归因于吸附氧(OA)。OA在O物种中的摩尔占比依次为MgO-1(48.69％)＞MgO-6(41.56％)＞D7(32.48％)。XPS结果表明，不同气氛煅烧会影响MgO的表面吸附氧含量。相比其它样品，MgO-1具有高含量的表面吸附氧，这依赖于氧空位缺陷的强吸附氧效应。
由图5和图6可知，MgO-1具有较多的氧空位缺陷，有利于在抗菌过程中产生更多活性氧。
无氧气氛煅烧和形貌控制两者缺一不可，薄片聚集体形貌可以破坏细菌完整性，对细菌造成结构损伤，同时也必须有足够的活性氧对细菌造成氧化损伤。只依靠结构损伤不足以对细菌造成危害，只依靠活性氧短时间内不能产生足以灭活细菌的活性氧，两者协同作用才能在短时间快速杀灭细菌。因此，只有同时具备较高活性氧产生量和薄片聚集体形貌，才能得到具有优异抗菌性能的MgO抗菌剂，这为今后设计开发高效抗菌纳米MgO抗菌材料提供了启示。
综上可以得出，通过硝酸镁和碳酸钠发生沉淀反应，在40-80℃下自组装成薄片聚集体形貌的碱式碳酸镁前驱物。碱式碳酸镁在氮气气氛中高温热解生成氧化镁，氧化镁仍保持前驱物的薄片聚集体形貌。由此得到的薄片聚集体形貌的纳米氧化镁薄片的厚度为10-20nm，薄片之间间隙为300-350nm，比表面积为140m2/g，远高于常见的纳米氧化镁抗菌剂(比表面积通常<10m2/g)。较大的比表面积有助于加强对细菌的物理吸附作用，为样品的结构杀菌创造了有利条件。
在纳米氧化镁与细菌作用过程中，薄片结构可破坏细菌的完整性，导致内部物质泄漏，从而造成细菌死亡。由于结构杀菌是源于物理吸附作用，纳米氧化镁与细菌接触就可对细菌造成破坏，因此本发明制备的具有薄片聚集体形貌的纳米氧化镁具有快速杀菌能力，实施例1条件下2h抗菌率接近100％。而对于依赖ROS和各类离子抗菌的氧化镁抗菌剂，ROS产生和释放需要一定的时间，同时细菌对低浓度ROS具有一定耐受性，只有当ROS积累到相当浓度才能发挥杀菌作用，因此短时间抗菌作用较差。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将硝酸镁加入去离子水中，并在60-80℃下500r/min的转速搅拌至溶解，制得Mg2+物质的量为0.8mol/L的溶液A；
S2：将碳酸钠溶解在纯水中，并在60-80℃下进行预热，将预热后的碳酸钠和步骤S1制得的溶液A混合均匀；
S3：将步骤S2制得的混合液在40-80℃下，静置1-3h后分离，得到上清液和沉淀物；
S4：将步骤S3获得的沉淀物冷却至23-26℃，随后进行洗涤、干燥，得到前驱物；
S5：将步骤S4制得的前驱物在无氧气氛中煅烧，煅烧温度为450-850℃，煅烧时间为2-5h，得到具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂。
2.根据权利要求1所述的一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，将预热处理后的碳酸钠在5-10s内快速加入步骤S1制得的澄清溶液中。
3.根据权利要求1所述的一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，将步骤S2制得的混合液静置之前，预先在40-80℃下，以1000r/min的速度搅拌3min。
4.一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂，其特征在于，由权利要求1-3中任意一项所述的方法制备而成。
5.如权利要求4中任意一项所述的一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂的用途，其特征在于，所述的具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂用包括但不限于作大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、黑曲霉菌的抑菌剂。
CN202210884561.7A 2022-07-25 2022-07-25 一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂及其制备方法和用途 Pending CN115039789A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210884561.7A CN115039789A (zh) 2022-07-25 2022-07-25 一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂及其制备方法和用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210884561.7A CN115039789A (zh) 2022-07-25 2022-07-25 一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂及其制备方法和用途

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115039789A true CN115039789A (zh) 2022-09-13

Family

ID=83166843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210884561.7A Pending CN115039789A (zh) 2022-07-25 2022-07-25 一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂及其制备方法和用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115039789A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060102035A (ko) * 2005-03-22 2006-09-27 한국화학연구원 고 친유성 산화마그네슘 나노입자의 제조 방법
CN104923201A (zh) * 2015-05-29 2015-09-23 中国科学院过程工程研究所 纳米薄片状氧化镁催化剂的制备方法及采用该催化剂制备碳酸二乙酯的方法
CN109317129A (zh) * 2018-10-12 2019-02-12 西安石油大学 一种微米尺度高活性氧化镁光催化剂的制备方法
CN112088897A (zh) * 2020-09-23 2020-12-18 大连海事大学 一种纳米氧化镁无机抗菌剂及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060102035A (ko) * 2005-03-22 2006-09-27 한국화학연구원 고 친유성 산화마그네슘 나노입자의 제조 방법
CN104923201A (zh) * 2015-05-29 2015-09-23 中国科学院过程工程研究所 纳米薄片状氧化镁催化剂的制备方法及采用该催化剂制备碳酸二乙酯的方法
CN109317129A (zh) * 2018-10-12 2019-02-12 西安石油大学 一种微米尺度高活性氧化镁光催化剂的制备方法
CN112088897A (zh) * 2020-09-23 2020-12-18 大连海事大学 一种纳米氧化镁无机抗菌剂及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
叶俊伟，: ""纳米氧化镁抗菌材料的研究进展"", 化工进展, vol. 37, no. 4, pages 1 *
袁秋华;陆正武;张培新;罗雄标;任祥忠;: "气体扩散法制备垂直排列氢氧化镁纳米薄片", 无机化学学报, no. 07 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ding et al. Visible light responsive CuS/protonated g-C3N4 heterostructure for rapid sterilization
Wu et al. In-situ synthesis of novel pn heterojunction of Ag2CrO4-Bi2Sn2O7 hybrids for visible-light-driven photocatalysis
Bai et al. Hierarchical ZnO/Cu “corn-like” materials with high photodegradation and antibacterial capability under visible light
Khadar et al. Hydrothermal synthesis of gadolinium (Gd) doped cerium oxide (CeO2) nanoparticles: characterization and antibacterial activity
Nguyen et al. Effects of nano cerium (IV) oxide and zinc oxide particles on biogas production
Zhao et al. The preparation of alginate–AgNPs composite fiber with green approach and its antibacterial activity
Shivananda et al. RETRACTED ARTICLE: Biosynthesis of colloidal silver nanoparticles: Their characterization and potential antibacterial activity
Shah et al. Investigations of optical, structural and antibacterial properties of Al–Cr dual-doped ZnO nanostructures
JP6164707B1 (ja) 抗菌性を有する酸化亜鉛粉体の製造方法
Ma et al. Controllable synthesis of highly efficient antimicrobial agent-Fe doped sea urchin-like ZnO nanoparticles
Shi et al. Preparation, characterization and antibacterial properties of cobalt doped titania nanomaterials
WO2021042599A1 (zh) 一种低纳米零价铁和纳米银负载量净水炭复合材料的制备方法
TWI326232B (zh)
CN115039789A (zh) 一种具有薄片聚集体形貌的MgO抗菌剂及其制备方法和用途
Amir et al. In vitro antibacterial response of ZnO‐MgO nanocomposites at various compositions
CN112375804A (zh) 一种Au/g-C3N4全天候光催化抗菌材料及其明-暗双模式抗菌机理
CN111068525A (zh) 一种表面具有二氧化钛纳米棒阵列的复合膜、及其制备方法和应用
Murthy et al. Gallium oxide nanoparticle induced inhibition of bacterial adhesion and biofilm formation
CN114315138B (zh) 一种抗菌陶瓷、抗菌陶瓷釉浆及其制备方法
CN112427025B (zh) 一种废气废水处理剂的制备方法及应用
CN110917838B (zh) 一种光/氧触媒净化剂及其制备方法和应用
CN115152791B (zh) 一种具有薄片聚集体形貌的非金属磷掺杂MgO抗菌剂及其制备方法和用途
CN114534758B (zh) 铁酸铋/石墨相氮化碳复合材料及其制备方法与应用
Huang et al. Hydroxyapatite nucleated and grown on nano titania particles enhances recruitment of Escherichia coli for subsequent photocatalytic elimination
CN117431062B (zh) 一种绿色发光氨基酸衍生抗菌碳点的制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination