[發(fā)明專利]一種負載鋅摻雜氧化銅多刺抗菌材料及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請日: 2017-01-21
• 公開（公告）號: CN106879578A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉金鑫;潘建明;吳潤潤;顧潤興;姚俊彤
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學
• 主分類號: A01N25/00
• 分類號: A01N25/00;A01N59/20;A01P1/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種負載鋅摻雜氧化銅多刺抗菌材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于生物功能材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，由于細菌和耐藥機制的多樣性，細菌感染仍然是威脅公眾健康的主要問題之一。其中大腸桿菌（革蘭氏陰性菌）和金黃色葡萄球菌（革蘭氏陽性菌）已經(jīng)表現(xiàn)出顯著增加的抵抗現(xiàn)有抗生素類藥物的抗藥性。氧化石墨烯（GO）是一種具有強氧化性和高親水性的片層狀材料。因其具有較好的生物相容性、較大的比表面積、良好的電導(dǎo)率以及高化學和熱穩(wěn)定性而被認為是極具前景的二維材料。同時，F(xiàn)an等人研究報道稱基于氧化石墨烯的抑菌紙表現(xiàn)出對哺乳動物有最小的細胞毒性（W. Hu, C. Peng, W. Luo, D. Li and C. Fan, ACS nano, 2010, 4, 4317）。Elimelech等人提出氧化石墨烯鋒利的邊緣和較高的膜壓力（F. Perreault, S. Nejati and M. Elimelech, ACS nano, 2015, 9, 7226），細菌與之接觸時便會凋亡（V. T. Pham, V. K. Truong, M. D. Quinn, V. A. Baulin and E. P. Ivanova, ACS nano, 2015, 9, 8458）。盡管氧化石墨烯在抗菌方面表現(xiàn)出一定的潛力，但氧化石墨烯在應(yīng)對耐多藥微生物時表現(xiàn)不足，單純氧化石墨烯的抑菌效果也不盡如人意。

在目前已知的諸多抗菌材料中，金屬氧化物，如氧化鎂、氧化鈦和氧化鈣等由于其價格合理和效果良好因而在臨床及保健品中已有所應(yīng)用。但納米金屬氧化物抗菌劑在體內(nèi)的一般作用機制是未知的，其中增強的金屬離子釋放、誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激、活性氧（ROS）的釋放、靜電相互作用等等正在研究中。同時有研究發(fā)現(xiàn)，摻雜金屬氧化物如鋅摻雜的氧化銅（Zn-CuO）由于其增加晶體結(jié)構(gòu)的缺陷促進其高效產(chǎn)生活性氧并成為一種較有前景的高效抗菌劑。Gedanken等人研究表明新型鋅摻雜氧化銅納米復(fù)合材料對根除多重耐藥性細菌（Eradication of Multi-Drug Resistant Bacteria by a Novel Zn-doped CuO Nanocomposite，Small, 2013, 9, 4069-4076.）和抗生物膜、抗菌活性的抗變形鏈球菌有較好的效果（A Zn-Doped CuO Nanocomposite Shows Enhanced Antibiofilm and Antibacterial Activities Against Streptococcus Mutans Compared to Nanosized CuO ，Adv. Funct. Mater., 2014, 24, 1382-1390），從而證實了鋅摻雜氧化銅的高效抗菌性能。

在此，本專利提出一種抗菌性能顯著增強的氧化石墨烯負載的多刺鋅摻雜氧化銅納米復(fù)合材料（Zn-CuO@GO）的制備方法，通過超聲化學原位生成多刺顆粒負載于氧化石墨烯上，使得氧化石墨烯從原有二維轉(zhuǎn)變?yōu)槿S立體結(jié)構(gòu)，并保留了鋅摻雜氧化銅的多刺結(jié)構(gòu)。同時，摻雜后的納米復(fù)合材料大大提升了對抗耐藥的細菌菌株的能力，材料可以通過多刺結(jié)構(gòu)刺破細菌膜層，破壞膜層的滲透平衡并促進細胞質(zhì)內(nèi)脂質(zhì)分子的破壞性泄漏從而造成細菌凋亡。通過多刺鋅摻雜氧化銅納米顆粒和氧化石墨烯納米片聯(lián)合抗菌作用，本材料能夠加速細菌細胞凋亡并在10 min內(nèi)可以產(chǎn)生高達99%的滅菌效率。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種制備氧化石墨烯負載鋅摻雜氧化銅多刺納米復(fù)合材料的方法。本材料表面刺狀物可以刺破細菌膜層，同時氧化石墨烯的引入大大增加了材料的抗菌性能，促使細菌細胞質(zhì)的泄漏，從而極大地提高抗菌效率。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

S1：將醋酸銅和醋酸鋅充分溶解于雙蒸餾水中，所述醋酸銅和醋酸鋅總濃度為0.01-0.02mol/L；

S2：向步驟S1中加入乙醇，獲得一定乙醇/水體積比的溶液；

S3：向步驟S2中加入一定量的氧化石墨烯，隨后超聲處理得到分散均勻的溶液；

S4：向步驟S3中緩慢滴入（28-30 %）氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值至8，調(diào)節(jié)超聲波功率為500-750W，超聲反應(yīng)40-60min，后經(jīng)離心、雙蒸餾水和乙醇逐次洗滌、真空干燥后即可得到所述多刺納米復(fù)合材料。

進一步的，步驟S1所述醋酸銅和醋酸鋅的摩爾比為3:1。

進一步的，步驟S2中所述乙醇與雙蒸餾水的體積比為9:1。