[發明專利]快速殺菌大接觸表面的氧化銅納米晶須材料

在審

• 申請號: 202010577160.8
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111807314A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 匡登峰;李文爽;楊卓
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81B7/04;B81C1/00;B82Y5/00;B82Y30/00;B82Y40/00
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本發明提供一種附著在金屬銅表面的氧化銅納米晶須結構的制備方法：1)陰極電極的選擇；2)于金屬銅襯底的上制備氧化銅納米晶須結構，電解液成分、含量的選擇；3)于金屬銅襯底的上制備氧化銅納米晶須結構，氧化時間、電壓的選擇；4)利用步驟1)、2)、3)所選擇的陰極電極、電解液和實驗參數，制備氧化銅納米晶須結構。本發明采用的制備方法操作簡單、成本低廉、適合大面積制備；可以通過調節實驗參數獲得更大的比表面積；制備的氧化銅納米晶須結構對于多種細菌具有較強的滅菌活性，可用于醫院和各類環境中需要直接接觸的表面如扶手、門把手等，減少細菌的傳播和感染；氧化銅納米晶須結構直接附著在金屬銅上，不會對環境造成二次污染。

技術領域

本發明屬于材料科學領域，涉及一種可以實現快速殺菌并附著在金屬銅表面的氧化銅納米晶須結構的制備方法。

背景技術

抗生素的不當使用或過度使用以及細菌不可避免的進化特性，會導致耐藥菌菌株的產生。例如：在發現青霉素之后的兩年內就觀察到耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌(MRSA)。由于耐藥菌株具有廣泛繁殖和快速進化等特點，而且常規抗菌方法對耐藥菌株的有效性逐漸降低，其對人類的威脅也越來越大。因此，研究者們開始進行具有抗菌作用的新材料的研究開發。截至目前，已經開發和生產了多種材料，包括具有不同抗菌性能的塑料、陶瓷、衣服、金屬和金屬合金等。與其他基于化學聚合物的材料相比，金屬和金屬合金顯示出更便宜和更穩定的抗菌性能以及對環境友好等特點。近幾個世紀以來，已經報道了具有抗菌特性的多種金屬，通過防止細菌污染來最大程度地減少傳染病的傳播，并已在包括農業、醫療保健、食品和藥品包裝等行業領域中得到商業使用。銅和銀是兩種最使用廣泛并且可以通過直接接觸來有效地滅活不同微生物的金屬材料。與銀相比，銅的成本更低而且也是各種生物系統必不可少的微量元素，可以起到催化輔助因子的作用。銅是在美國環境保護署(USEPA)注冊的具有抗菌特性的第一種固體材料，已經注冊了350多種銅合金，它們對六種不同細菌具有抗菌活性。與金屬表面相比，金屬納米材料和金屬氧化物具有更大的優勢，可以增大微生物與金屬或金屬氧化物的接觸面積獲得更好的抗菌效果，但它們極易滲入環境中，從而造成二次污染，例如活性氧的產生以及其他健康問題。

我們提出了一種成本低廉、操作簡單、可大面積制備的氧化銅納米晶須表面的制備方法，而且氧化銅納米晶須是附著在金屬銅表面的，可避免其對環境造成二次污染。該方法可以通過調節陽極氧化電壓、時間、電解液成分等來控制氧化銅納米晶須的形貌特征，從而增大其比表面積獲得更高的抗菌特性，可用于醫院和其他環境中需要直接接觸的表面如扶手、門把手、電梯按鈕等，以防止和減少細菌感染。

發明內容

銅及其氧化物的抗菌性能主要是通過材料表面和細菌之間的直接相互作用來實現的，從而導致其膜破裂，也被稱為“接觸式殺菌”。這種抗菌特性的機制凸顯了微生物與材料表面直接接觸對于有效根除和滅活細菌的重要性。在過去的十年中，開發了不同的銅和氧化銅納米材料以提高其抗菌活性，這種納米材料獨特的小尺寸提供了大的比表面積，從而最大化了微生物與材料的直接接觸面積，提高了抗菌效果。在金屬表面直接生成納米級結構的主要方法有氣相沉積、激光加工、化學刻蝕等，但是這些方法普遍存在流程復雜、操作難度大和成本較高的劣勢。鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種直接附著在金屬銅表面的氧化銅納米晶須結構的制備方法，操作簡單、成本低廉并且可以實現大面積制備。通過調節陽極氧化電壓、時間和電解液成分等參數可以控制氧化銅納米晶須結構的比表面積，從而提高其滅菌效果。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供的制備方法包括如下步驟：

1)陰極電極的選擇；

2)于所述金屬銅襯底的上制備氧化銅納米晶須結構，電解液成分、含量的選擇；

3)于所述金屬銅襯底的上制備氧化銅納米晶須結構，陽極氧化時間、電壓的選擇；

4)利用步驟1)、2)、3)所選擇的陰極電極、電解液和實驗參數，在金屬銅襯底上制備氧化銅納米晶須結構。