金属纳米颗粒掺杂的抗菌剂及其制备和使用方法

文档序号:8449887阅读:1045来源:国知局
金属纳米颗粒掺杂的抗菌剂及其制备和使用方法
【专利说明】金属纳未颗粒惨杂的丨几囷剂及其制备和使用方法
[0001] 本申请要求于2013年8月20日提交的印度专利申请第2463/DEL/2013号的优先 权,其全部内容通过引用并入本文。
【背景技术】
[0002] 由微生物造成的水污染对公共健康造成了威胁。尽管包括重金属和溶解性固体在 内的很多水污染可以在水源处被去除,然而对饮用水中细菌的控制仍然需要有效的水净化 器。例如臭氧,氯及其衍生物,紫外光及辐射,一些化学制剂以及物理处理被用于抑制水的 细菌污染。然而,在经过处理的水中所残留的制剂可能具有有害的副作用。
[0003] 例如银(Ag)以及铜(Cu)的金属纳米颗粒的抗菌特性是众所周知的。金属纳米颗 粒的抗菌特性归因于这些纳米颗粒的较小的尺寸和高面容比,这使得这些粒子可以与细菌 紧密的相互作用。具有抗菌特性的金属纳米颗粒可以被涂覆在广泛应用中的表面上,例如 医疗机械以及水处理和食品处理设备的表面上。然而,金属纳米颗粒例如银纳米颗粒的合 成是非常昂贵的。另外,也很难实现金属纳米颗粒在基底中的均匀分布。具有不均匀分布 的金属纳米颗粒的材料不能有效的控制和/或抑制细菌在介质例如水中的生长。
[0004] 概述
[0005] 上述仅是说明性的,并不以任何方式限制。除了以上所述的说明性的方面、实施例 和特征,参考附图以及下面的详细说明,其他方面、实施例和特征也将变得明显。
[0006] 简要的,根据一个方面,提供一种金属纳米颗粒掺杂的多孔碳珠(carbon bead), 具有大约0. 4mm到大约0. 6mm的平均尺寸。其中所述金属纳米颗粒掺杂的多孔碳珠掺杂有 银、铜或其组合。
[0007] 根据另一个方面,提供一种形成金属纳米颗粒掺杂的多孔碳珠的方法。该方法包 括:制备至少一种单体的反应混合物,至少一种溶剂以及至少一种催化剂,用于形成聚合物 珠。该方法包括将一种或多种金属盐添加到反应混合物以形成金属纳米颗粒掺杂的聚合物 珠。该方法还包括碳化和活化该金属纳米颗粒掺杂的聚合物珠,以形成多孔金属氧化物掺 杂的活化的碳珠。该方法还包括减少该金属氧化物掺杂的活化的碳珠以形成金属纳米颗粒 掺杂的多孔碳珠。
[0008] 根据另一个方面,提供一种用于抑制细菌的抗菌剂。该抗菌剂包括一种或多种金 属纳米颗粒掺杂的多孔碳珠。所述一种或多种金属纳米颗粒掺杂的多孔碳珠掺杂有银、铜、 或其组合。
[0009] 根据另一个方面,提供一种在样品中抑制细菌的方法。该方法包括使样品与抗菌 剂接触,该抗菌剂具有一种或多种金属纳米颗粒掺杂的多孔碳珠。所述一种或多种碳珠掺 杂有银、铜或其组合。样品中细菌的生长受所述一种或多种金属纳米颗粒掺杂的多孔碳珠 控制。
【附图说明】
[0010] 图1所示为形成金属纳米颗粒掺杂的多孔碳珠的方法的一个实施方案的示例流 程图。
[0011] 图2所示为在样品中抑制细菌的方法的一个实施方案的示例流程图。
[0012] 图3所示为用于通过悬浮聚合反应形成金属纳米颗粒掺杂的多孔碳珠的示例性 装置。
[0013] 图4所示为示例性单和双金属纳米颗粒掺杂的多孔碳珠的扫描电子显微(SEM)图 像。
[0014] 图5所示为示例性单金属(铜或银)纳米颗粒掺杂的多孔碳珠的抗菌性能的图 不O
[0015] 图6所示为示例性双金属(铜和银)纳米颗粒掺杂的多孔碳珠的抗菌性能的图 不O
【具体实施方式】
[0016] 以下将结合作为本申请一部分的附图进行详细的描述。在这些附图中,除非明确 地说明,否则类似的标记一般代表类似的部件。在【具体实施方式】部分的示例性实施例,附 图,以及权利要求都并非限定性的。在不脱离本申请主题的精神或者范围的情况下还可以 采用其他的实施例或做出其他的变化。可以理解的是,本申请的各方面,如在此所述的以及 体现在附图中的那样,可以被安排、替换、结合、分离、以及采用大量不同的方式加以设计, 这些都是可以被明确预期的。
[0017] 在说明书中和/或权利要求中明确或隐含描述的化合物、材料或物质,属于一组 或是结构上、组分上和/或功能上相关的化合物、材料、或物质,包括该组的单个代表以及 所有的组合。尽管各种合成物、方法以及设备被描述为"包括"各种成分或步骤(被解释为 "包括,但不限于"),但这些合成物、方法和设备也可以"基本上仅包括"或"仅包括"这些各 种成分和步骤,并且这些用语应该被解释为基本封闭的组成。
[0018] 示例性实施方案是关于形成可以用作用来净水的抗菌剂的金属纳米颗粒掺杂的 多孔碳珠(carbon bead)的技术。这种技术提供具有微米尺寸的金属纳米掺杂的多孔碳珠, 利用悬浮聚合反应形成这种碳珠。例如铜和银的金属在原位(in-situ)被掺入珠中,并且 这些珠被活化(activate)和碳化以形成金属纳米颗粒掺杂的多孔碳珠。这些珠具有很大 的表面积并在其微米间隙孔中承载有金属纳米颗粒,从而珠中的金属纳米颗粒可以与细菌 接触。这种材料具有抗菌剂的作用,并且可以被用于有效地控制水中细菌的生长。
[0019] 参考图1,所示为形成金属纳米颗粒掺杂的多孔碳珠的流程图100。在块102,制 备至少一种单体、至少一种溶剂以及至少一种催化剂的反应混合物以用于形成聚合物珠。 在这个例子中,聚合物珠由悬浮聚合反应形成。在一些实施方案中,仅采用一种类型的单 体。在一些实施方案中,采用两种不同的单体。在另一些实施方案中,采用两种以上的不同 单体。所述至少一种单体的例子包括但不限于,乙醇、芳香醇、苯酚、乙烯基苯甲醇(vinyl benzyl)、甲酚、丁基酚、非芳香甲基丙烯酸甲酯(MM),或它们的组合。
[0020] 所述至少一种溶剂的例子包括但不限于,甲醛、乙醛、三聚乙醛、乙二醛,或其组 合。在一些实施方案中,所述催化剂是碱催化剂。所述至少一种催化剂的例子包括但不限 于,三乙胺(TEA)、氢氧化钠、氢氧化钡、二甲胺,或者其组合。
[0021] 在本实施方案中,所述至少一种单体、所述至少一种溶剂和所述至少一种催化剂 被加热以形成热反应混合物。在一些实施方案中,所述至少一种单体、至少一种溶剂、以及 至少一种催化剂在大约20°C至大约30°C的温度下混合直至该混合物为均质的。随后将该 混合物加热到大约ioo°c的温度。对该混合物加热的速度保持在每分钟大约rc至每分钟 大约5°C。加热速度的特定实例包括大约每分钟rc,大约每分钟2°C,大约每分钟3°C,大 约每分钟4°c,大约每分钟5°C,以及在这些值中任意两个之间的范围(包括端点)。
[0022] 在一些实施方案中,所述经加热的混合物与含水溶液接触。在一些实施方案中,该 含水溶液是水。在一些实施方案中,对该混合物继续进行时间段为10到60分钟的混合。进 行混合的时间段的特定实例包括但不限于,大约10分钟,大约20分钟,大约30分钟,大约 40分钟,大约50分钟,大约60分钟,以及在这些值中任意两个之间的范围(包括端点)。
[0023] 在块104,在反应混合物中加入交联剂以形成交联反应混合物。所述交联剂的实 例包括但不限于,六亚甲基四胺(HMTA,或六甲撑四胺(hexamine)),三乙烯二胺以及硫酸, 或其任意组合。在反应混合物与交联剂接触后,混合物被加热直至温度达到约70°C至约 ll〇°C的值。该加热温度的具体示例包括大约70°C,大约80°C,大约90°C,大约100°C,大约 110°C,以及在这些值中任意两个之间的范围(包括端
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