[發明專利]氧化鋅-氧化石墨烯復合納米材料的制備方法及應用

無效

• 申請號: 201410001044.6
• 申請日: 2014-01-02
• 公開（公告）號: CN103734188A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 王海芳;王艷雯;馬辛;姜雨;武迪;曹傲能
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: A01N59/16
• 分類號: A01N59/16;A01P1/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種納米材料制備及應用，特別是涉及一種以氧化石墨烯為載體的納米復合材料制備及應用，應用于納米無機材料、抗菌應用和細胞毒理學技術領域。

背景技術

隨著21世紀環境污染的日益嚴重，病原微生物成為威脅人類健康的重要因素之一。然而一些傳統的殺菌劑存在毒性大、細菌抗藥性等問題，因而開發新型綠色抗菌材料的研究迫在眉睫。

ZnO本身具備良好的抗菌特性，對革蘭氏陰性菌和陽性菌都有抑菌效果。當ZnO尺寸降到納米級時，其抗菌活性呈增強趨勢。隨著納米材料的制備和應用的發展，納米ZnO材料被發現具有優于常規ZnO的性能。納米ZnO材料抗菌效果比氧化鋅更佳。納米ZnO由于容易吸附在細菌表面，破壞細胞壁，影響細胞生長；納米ZnO釋放鋅離子，引起自由基增加，導致細菌死亡。此外，ZnO納米顆粒會吸附在細胞壁表面上并引起絮沉。然而納米ZnO抗菌材料的問題在于：有效抗菌濃度下也會引起其他細胞的損傷甚至死亡；具有大比表面積的ZnO納米材料容易團聚，削弱其抗菌能力。

新興的納米材料氧化石墨烯GO具有大量的含氧基團，大的比表面積、強大的離子交換能力的特點，這些特點賦予了其良好的復合能力。以GO作為載體所制備的GO復合納米材料顯示出了良好的穩定性、分散性和生物相容性。最新研究表明GO也可以通過破壞大腸桿菌的細胞膜在一定程度上抑制細菌的生長，但其抑菌效果尚不夠理想。

發明內容

為了解決氧化鋅分散性差，在氧化石墨烯上負載時粒徑難以控制的現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種氧化鋅-氧化石墨烯復合納米材料的制備方法及應用，結合納米ZnO和GO二者的特性，制備新型的綠色抗菌材料ZnO/GO復合物。本發明制備方法簡便，成本低廉，抗菌效果好，生物毒性低。復合納米材料的抗菌性能和生物安全性分別通過對細菌生長的抑制作用和對細胞的毒性來驗證，實現安全有效抗菌的目的。

為達到上述發明創造目的，本發明采用下述技術方案：

一種氧化鋅-氧化石墨烯復合納米材料的制備方法，包括以下步驟：以可溶的二價鋅離子為鋅源，與氧化石墨烯和堿液一同作為反應物，按照鋅離子和氧化石墨烯的質量配比為(1～3):1的質量配比形成溶質組合物，以醇為溶劑，形成反應溶液混合體系，使反應溶液混合體系的溶質組合物之間進行一步法反應，使反應溶液混合體系中的堿液逐步電離出的OH^-與Zn²⁺形成Zn-OH復合體，再與氧化石墨烯的含氧基團充分接觸，結合到氧化石墨烯的表面，反應溶液混合體系在不高于80℃條件下，使Zn-OH復合體脫氫成為ZnO，形成的氧化鋅晶核均勻負載在氧化石墨烯表面，一步法反應時間為30?min～5?h，反應結束后，將反應溶液混合體系冷卻至室溫，再向反應溶液混合體系中加入相當于反應溶液混合體系體積2倍以上的正己烷，在4℃的環境中靜置沉降過夜，然后棄去上清液后，用離心和洗滌方法對底物進行純化，干燥后，最終得到氧化鋅-氧化石墨烯復合納米材料，負載在氧化石墨烯表面的氧化鋅納米顆粒的粒徑為（2～200）nm。

本發明優選通過改變反應物的各組分比例和一步法合成反應時間，實現對氧化鋅納米顆粒尺寸和氧化鋅在氧化石墨烯表面的負載量的控制。

作為本發明上述技術方案優選的技術方案，采用二水合醋酸鋅提供鋅離子，按照二水合醋酸鋅和氧化石墨烯的質量配比為(4～9):1的質量配比形成溶質組合物，以醇為溶劑，形成反應溶液混合體系。

作為本發明上述技術方案優選的技術方案，一步法反應結束后，將反應溶液混合體系冷卻至室溫，再向反應溶液混合體系中加入相正己烷，在4℃的環境中靜置沉降過夜。

本發明還提供一種通過本發明制備方法得到的氧化鋅-氧化石墨烯復合納米材料的應用，以可溶的二價鋅離子為鋅源，與氧化石墨烯和可溶性氫氧化物一同作為反應物，按照按照鋅離子和氧化石墨烯的質量配比為(1～3):1的質量配比形成溶質組合物配比比例形成溶質組合物，以醇為溶劑，形成反應溶液混合體系，反應溶液混合體系在不高于80?℃條件下，進行一步法反應，反應時間為30?min～5?h，得到氧化鋅納米顆粒的粒徑為（2～200）nm的氧化鋅-氧化石墨烯復合納米材料，能有效抑制細菌生長，并導致細菌死亡。

采用上述氧化鋅-氧化石墨烯復合納米材料制備的分散液，作為殺菌劑的劑量優選為2.5～10.0?μg/mL時，在12?h以內能安全并有效抑制大腸桿菌生長，并導致細菌死亡。