壳聚糖包裹纳米银氧化石墨烯复合抗菌材料的制作方法

本发明涉及一种氧化石墨烯-纳米银复合抗菌剂，尤其是一种用于材料抗菌改性共混的O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银氧化石墨烯复合抗菌材料。

背景技术：

人们在日常生活中不经意间经常接触各种细菌和病毒，这些微生物在合适的湿度和温度等生长环境下能够迅速繁殖，并通过接触传播疾病，影响人们身心健康。因此研究方便实用，容易实现抗菌杀菌功能的长效低毒抗菌剂，创造健康卫生的生活工作环境具有重要的意义。

纳米银是一类最具前景的纳米材料，具有显著优于银离子化合物的杀菌性能，但纳米银易团聚的特性使其应用范围受到很大限制，一般在制备过程需加入大量保护剂。

例如，公开号为CN103371182的“一种两次络合纳米银聚体液态抗菌剂及其制备方法”的发明专利，该专利以纳米含银复盐，用聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮作为分散，保护，稳定成膜剂，用海波作为络合和还原剂，制备了粒径为3-5纳米的纳米银细微粒子。然而纳米银保护剂一般不具有抗菌性，大量保护剂的加入限制了纳米银抗菌性能的发挥。

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成为的二维蜂窝状晶格结构，氧化后的石墨烯具有准二维结构，其表面存在的大量含氧基团，为其它颗粒的结合提供了有效位点。当纳米银颗粒与氧化石墨烯复合时，这些位点及这种吸附能够有效阻止纳米银颗粒团聚。因此，以氧化石墨烯为基体负载银纳米银颗粒制备抗菌复合材料一直是研究热点。同时氧化石墨烯与纳米银存在协效抗菌，抗菌效果优于同浓度氧化石墨烯或纳米银。

例如，公布号为CN104068058A公开的“一种氧化石墨烯抑菌复合材料的制备方法”以葡萄糖为还原剂，淀粉为稳定剂采用一步还原法制备了氧化石墨烯抑菌复合材料，其工艺简单，操作方便，反应条件温和，生产效率高，绿色、环境友好；制备的氧化石墨烯抑菌复合材料中，纳米银颗粒均匀地吸附在氧化石墨烯上，有效地提高了氧化石墨烯的抑菌性能，但该发明无法说明氧化石墨烯与纳米银是否存在协同抗菌效应。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种低毒、安全、稳定性和分散性好的氧化石墨烯-纳米银抗菌材料，并探讨O-羧甲基壳聚糖与氧化石墨烯之间的比例与协同抗菌效应。

上述目的是通过以下技术方案来实现的。

一种壳聚糖包裹纳米银氧化石墨烯复合抗菌材料，其特征在于：所述复合抗菌材料是由O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银和氧化石墨烯共混构成，所述O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银是由纳米银核及其吸附在纳米银核表面的O-羧甲基壳聚糖外壳构成，O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银均匀负载在氧化石墨烯表面，O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银与氧化石墨烯按质量比为1:5-5:1。

其中，所述的O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银由硝酸银与O-羧甲基壳聚糖混合溶液经紫外光照射制备；所述O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银氧化石墨烯复合抗菌材料由O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银及氧化石墨烯在水溶液中通过自组装法制备；所述O-羧甲基壳聚糖分子量为30000- 2000000；所述氧化石墨烯直径为0.7-1.2 nm微米，单层率大于95%；所述O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银粒径为2-20nm；所述O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银氧化石墨烯复合抗菌材料保存状态为水溶液或冷冻干燥后的粉末。

上述一种壳聚糖包裹纳米银氧化石墨烯复合抗菌材料，相对于传统抗菌材料的主要特点和优越性在于：

氧化石墨烯特殊的准二维结构能有效的防止纳米银团聚，氧化石墨烯表面大量存在的还原性羟基能有效减缓银单质的氧化，同时氧化石墨烯与纳米银存在协效抗菌，抗菌效果优于同浓度氧化石墨烯或纳米银，经微量肉汤法试验检测：O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银氧化石墨烯复合抗菌材料对大肠杆菌的最小抑菌浓度为0.25 µ/mL，对金色葡萄球菌的最小抑菌浓度为1 µ/mL，已经达到了目前国内外同类最好产品能达到的最低浓度限度。

附图说明

图1是本发明壳聚糖包裹纳米银氧化石墨烯复合抗菌材料微量肉汤稀释法抑菌实验结果，试验菌种为大肠杆菌。

图2是本发明壳聚糖包裹纳米银氧化石墨烯复合抗菌材料微量肉汤稀释法抑菌实验结果，试验菌种为金色葡萄球菌。

具体实施方式

下面通过具体实施例来进一步详细说明本发明的具体实施方式。

对比实施例1

对比实验例1为未与氧化石墨烯进行自组装的O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银，其制备方法如下：

将0.1%wt硝酸银溶液与0.1%wt O-羧甲基壳聚糖溶液按体积比为5:95加入搅拌器，室温下搅拌0.5h后置于4mL石英比色皿中，通氮气20s除尽空气并密封。将石英比色皿置于272nm紫外灯5cm处照射至溶液呈金黄色。

将上述溶液高速离心取沉淀，并用50%wt乙醇洗涤两次得到O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银。沉淀再次分散在超纯水中，并超声10min，即得O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银抗菌材料。

微量肉汤稀释法最小抑菌浓度试验：

将大肠杆菌(ATCC11229)和金黄色葡萄球菌(ATCC6538)的菌种分别以划线法接种到配置好的营养琼脂上，置于恒温培养箱中在下培养后，取典型的菌落移种到营养肉汤培养基中，再次培养，用营养肉汤对菌悬液进行稀释，配制成10⁵CFU/mL细菌悬液备用。

选取灭菌的96孔聚苯乙烯板中并排的八个孔，每孔依次加入双倍浓度的灭菌MH(B)完全培养基100μL、10⁵CFU/mL细菌悬液50μL和倍比稀释后不同浓度的O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银抗菌材料50μL。此时第1孔至第8孔药物浓度分别为16、8、4、2、1、0.5、0.25、0.125μg/ml。将96孔聚苯乙烯板置于37^o培养箱内培养24h，用酶标仪检测630nm处各孔的OD值。

试验结果见附图1、附图2，O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银抗菌材料对大肠杆菌的最小抑菌浓度为1 µ/mL，对金色葡萄球菌的最小抑菌浓度为2 µ/mL。

实施例1

实施一种O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银氧化石墨烯复合抗菌材料的技术方案，其所述O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银氧化石墨烯复合抗菌材料由氧化石墨烯与O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银在水溶液中自组装制备。其所述O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银制备方法同对比实验例1。随后O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银与氧化石墨烯按质量比为5:1溶于超纯水中，超声处理10min，得到O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银氧化石墨烯复合抗菌材料。

相对于对比实施例1，实施例1加入氧化石墨烯能有效防止纳米银团聚，分散性更好。

微量肉汤稀释法最小抑菌浓度试验同对比实施例1。

试验结果见附图1、附图2，本实施例O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银氧化石墨烯复合抗菌材料对大肠杆菌的最小抑菌浓度为1 µ/mL，对金色葡萄球菌的最小抑菌浓度为2 µ/mL，抑菌效果与对比实施例1相同。

实施例2

按照实施例1的工艺方法制备，实施例2的区别在于：O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银与氧化石墨烯按质量比为3:3。

相对于实施例1，实施例3氧化石墨烯占比提高，分散性更好。

微量肉汤稀释法最小抑菌浓度试验同对比实施例1。

试验结果见附图1、附图2，本实施例O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银氧化石墨烯复合抗菌材料对大肠杆菌的最小抑菌浓度为4 µ/mL，对金色葡萄球菌的最小抑菌浓度为4 µ/mL，抑菌效果不及实施例1、对比实施例1，因此氧化石墨烯占比不宜过大。

实施例3

按照实施例1的工艺方法制备，实施例2的区别在于：O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银与氧化石墨烯按质量比为2:4。

本实施例O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银氧化石墨烯复合抗菌材料分散性介于实施例1与实施例2之间。

微量肉汤稀释法最小抑菌浓度试验同对比实施例1。

试验结果见附图1、附图2，O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银氧化石墨烯复合抗菌材料对大肠杆菌的最小抑菌浓度为0.25 µ/mL，对金色葡萄球菌的最小抑菌浓度为1 µ/mL，抑菌效果优于实施例1、对比实施例1，说明O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银与氧化石墨烯按质量比为2:4时两者存在显著的协同抗菌效应。