一种基于鸡蛋壳模板的铜纳米材料及其制备方法、抗菌应用与流程

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种基于鸡蛋壳模板的铜纳米材料、其制备方法及抗菌应用。

背景技术：

由于细菌的巨大威胁，开发新的抗菌治疗材料变得越来越紧迫。细菌每年造成世界上50多万人死亡。各种纳米粒子是在纳米技术时代出现的一类纳米材料。纳米粒子以其独特的物理和化学性质，在生物、生物医学、物理和制药等领域得到了越来越广泛的应用。研究表明，由纳米粒子制成的抗菌制剂具有较高的杀菌活性。金属纳米粒子灭活细菌细胞的机理既包括破坏细胞壁，也包括破坏细胞膜的完整性。带负电荷的细菌细胞和带正电荷的纳米粒子之间相互作用，从而破坏细胞膜，最终导致细胞死亡。随着人们生活水平及健康环境意识的提高，纳米抗菌材料及其产品的生产将成为重要的新兴产业。

大多数制备方法存在有机溶剂使用不环保、试剂昂贵、有毒有害、纯度低、设备复杂、粒度分布广、反应条件苛刻、副产物形成等缺点。此外，对有毒溶剂的需求和纳米颗粒制备过程中使用的化学物质的污染限制了它们在生物医学领域的潜在应用。因此，开发一种高效、简便、无毒、绿色的金属纳米粒子合成方法，在温和的条件下合成金属纳米粒子，避免有机溶剂和有毒试剂。近年来利用植物提取物等环保型材料生物合成金属纳米颗粒受到越来越多的关注，因为在材料合成中发展绿色技术的需求越来越大。大量植物已被研究证实可用在胞外和胞内合成纳米粒子，通常认为纳米粒子的合成过程中，植物中的大分子有机化合物如黄酮类，蛋白质，还原糖及生物碱即充当还原剂又做保护剂。利用植物合成纳米粒子比其他生物方法更简单、更快、更可靠、成本更低，适用于特殊种类的纳米尺寸颗粒，特别是铜和磁铁矿纳米颗粒。

蛋壳的重量约占鸡蛋总重量的10%（约60克），蛋壳是食品加工和制造工厂产生的重要固体废物。以中国为例，据统计，每年约有400万吨的产量，并在未来继续增长。近年来，蛋壳作为附加值产品的应用已经进行了大量的研究。蛋壳的主要成分为caco3,成为一种很好的多孔钙基材料。将纳米结构固定在固定载体上，不仅克服了单纯纳米颗粒团聚的问题，而且拓宽了其应用范围，特别是在多孔钙基材料存在下合成金属纳米材料是一种很有前途和有益的方法，由于多孔钙基材料具有良好的生物相容性和缓释性能，其作为金属纳米颗粒载体的应用收到了广泛的关注。

本发明中，我们利用鸡蛋壳废弃物作为生物模板，制备了基于鸡蛋壳模板的复合铜纳米材料；该纳米材料大肠杆菌和金色葡萄球菌具有良好的抑菌效果，是一种很好的抗菌材料。该纳米材料的制备方法具有材料来源丰富，制备简单，成本低廉，绿色环保等优点。

技术实现要素：

本发明针对有些抗菌材料制备成本高，抗菌材料易变色，安全性差，易迁移（导致抗菌寿命短）等问题，提供了一种抗菌效果良好的一种基于鸡蛋壳模板的铜纳米材料、其制备方法和抗菌应用。本发明的复合纳米材料变废为宝，以鸡蛋壳废弃物为原料；采用鸡蛋壳与相应金属离子溶液混合，由鸡蛋壳为载体，再以植物提取液原位还原铜纳米颗粒制备所得。该复合铜纳米材料具有较好的抗菌性能，在抗菌方面具有重要的应用价值。其制备过程简单易行，原料廉价易得，绿色环保。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于鸡蛋壳模板的铜纳米材料是以鸡蛋壳为模板，吸附铜离子，然后再以植物提取液原位还原铜纳米颗粒所得。

一种基于鸡蛋壳模板的铜纳米材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）鸡蛋壳预处理：收集废弃鸡蛋壳，将鸡蛋壳用去离子水反复洗涤，在室温条件下清水浸泡1～3个小时，自然晾干，备用；

（2）载体鸡蛋壳的制备：将步骤（1）中处理的鸡蛋壳用粉碎机打碎，过筛，取一定量过筛的鸡蛋壳粉末浸泡在naoh溶液中处理10～30min，然后用去离子水洗涤3～5遍后，烘干，得载体鸡蛋壳；

（3）提取植物提取液：将新鲜的植物叶烘干至变黄，取烘干的植物叶浸泡到去离子水中，放置在摇床里恒温处理24小时，离心，抽滤，制得植物提取液，将制备的植物提取液放置在4℃的冰箱中储存；

（4）铜离子吸附：将步骤（2）所得载体鸡蛋壳，浸入硝酸铜(cu（no3）2·3h2o)溶液，室温下浸泡5～10h，将铜离子吸附至鸡蛋壳载体上；

（5）铜纳米粒子的原位还原：取步骤（3）中所制备的植物提取液加入到步骤（4）中鸡蛋壳吸附铜离子溶液中，黑暗条件下反应，将铜离子原位还原为铜纳米颗粒；

（6）将步骤（5）中的反应液离心，将离心出的固体用去离子水反复洗涤3～5遍，然后至于真空干燥箱中真空干燥，即得基于鸡蛋壳模板的复合铜纳米材料。

上述步骤（2）所述鸡蛋壳粉末的用量为5g，所述所述naoh溶液的体积百分比浓度为10%,体积为20ml。

上述步骤（3）所述的植物叶是茶叶，木槿叶，龙胆叶，银杏叶中的任意一种。烘干植物叶的用量为5～10g，去离子水为100ml，摇床恒温处理为30℃。

上述步骤（4）中载体鸡蛋壳的用量为2g，硝酸铜(cu（no3）2·3h2o)溶液的浓度为1mm～20mm，硝酸铜(cu（no3）2·3h2o)溶液的体积为30～50ml。

上述步骤（5）中植物提取液的用量为10～30ml，黑暗条件下反应的时间为3～7天。

上述步骤（6）中的真空干燥温度为60℃。

本发明基于鸡蛋壳模板的铜纳米材料应用于抗菌。

所述的细菌种类包括大肠杆菌和金色葡萄球菌。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明的复合铜纳米材料，所用的载体为废弃的鸡蛋壳，原料来源广，成本低，非但不产生任何污染，还可实现生物废弃物的回收再利用；

（2）本发明中植物合成纳米粒子的方法步骤简单，合成速度更快，成本效益高。所产生的纳米颗粒更稳定。因为植物提取液有更好的分散性，产生的纳米粒子不容易絮凝，在形状和大小更加的多样性，所以从植物中绿色合成纳米粒子是一种快速、清洁、无毒、环保的方法。

（3）本发明复合铜纳米材料具有较好的抗菌性能，在抗菌方面具有重要的应用价值。其制备过程简单易行，原料廉价易得，绿色环保。

附图说明

图1为本发明中复合铜纳米材料的x射线衍射（xrd）谱图；（a）纯鸡蛋壳，（b）鸡蛋壳负载铜纳米材料。

图2为本发明中复合铜纳米材料的扫描电镜图；（a）纯鸡蛋壳，（b）鸡蛋壳负载铜纳米材料，（c）为（b）的局部高清扫描图像。

图3为本发明中复合铜纳米材料的抗菌效果图。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。

实施例1

一种基于鸡蛋壳模板的铜纳米材料、其制备方法，具体包括以下步骤：

(1)鸡蛋壳预处理：收集废弃鸡蛋壳，将鸡蛋壳用去离子水反复洗涤，在室温条件下清水浸泡2个小时，自然晾干，备用；

(2)载体鸡蛋壳的制备：将步骤（1）中处理的鸡蛋壳用粉碎机打碎，过筛，取5g过筛的鸡蛋壳粉末浸泡在体积百分比浓度为10%的naoh溶液中处理20min，然后用去离子水洗涤3遍后，烘干，得载体鸡蛋壳；

（3）提取植物提取液：将新鲜的植物叶烘干至变黄，取10g烘干的植物叶浸泡到100ml去离子水中，放置在摇床里30℃恒温处理24小时，离心，抽滤，制得植物提取液，将制备的植物提取液放置在4℃的冰箱中储存；

（4）铜离子吸附：取步骤（2）所得载体鸡蛋壳2g，浸入50ml10mm硝酸铜(cu（no3）2·3h2o)溶液，室温下浸泡5h，将铜离子吸附至鸡蛋壳载体上；

（5）铜纳米粒子的原位还原：取步骤（3）中所制备的植物提取液10ml加入到步骤（4）中鸡蛋壳吸附铜离子溶液中，黑暗条件下反应5天，将铜离子原位还原为铜纳米颗粒；

（6）将步骤（5）中的反应液离心，将离心出的固体用去离子水反复洗涤3遍，然后至于真空干燥箱中60℃真空干燥，即得基于鸡蛋壳模板的复合铜纳米材料。

实施例2

一种基于鸡蛋壳模板的铜纳米材料、其制备方法，具体包括以下步骤：

（1）鸡蛋壳预处理：收集废弃鸡蛋壳，将鸡蛋壳用去离子水反复洗涤，在室温条件下清水浸泡2个小时，自然晾干，备用；

（2）载体鸡蛋壳的制备：将步骤（1）中处理的鸡蛋壳用粉碎机打碎，过筛，取5g过筛的鸡蛋壳粉末浸泡在体积百分比浓度为10%的na0h溶液中处理20min，然后用去离子水洗涤3遍后，烘干，得载体鸡蛋壳；

（3）提取植物提取液：将新鲜的植物叶烘干至变黄，取10g烘干的植物叶浸泡到100ml去离子水中，放置在摇床里30℃恒温处理24小时，离心，抽滤，制得植物提取液，将制备的植物提取液放置在4℃的冰箱中储存；

（4）铜离子吸附：取步骤（2）所得载体鸡蛋壳2g，浸入50ml10mm硝酸铜(cu（no3）2·3h2o)溶液，室温下浸泡5h，将铜离子吸附至鸡蛋壳载体上；

（5）铜纳米粒子的原位还原：取步骤（3）中所制备的植物提取液15ml加入到步骤（4）中鸡蛋壳吸附铜离子溶液中，黑暗条件下反应5天，将铜离子原位还原为铜纳米颗粒；

（6）将步骤（5）中的反应液离心，将离心出的固体用去离子水反复洗涤3遍，然后至于真空干燥箱中60℃真空干燥，即得基于鸡蛋壳模板的复合铜纳米材料。

实施例3

一种基于鸡蛋壳模板的铜纳米材料、其制备方法，具体包括以下步骤：

（1）鸡蛋壳预处理：收集废弃鸡蛋壳，将鸡蛋壳用去离子水反复洗涤，在室温条件下清水浸泡1～3个小时，自然晾干，备用；

（2）载体鸡蛋壳的制备：将步骤（1）中处理的鸡蛋壳用粉碎机打碎，过筛，取5g过筛的鸡蛋壳粉末浸泡在体积百分比浓度为10%的naoh溶液中处理20min，然后用去离子水洗涤3遍后，烘干，得载体鸡蛋壳；

（3）提取植物提取液：将新鲜的植物叶烘干至变黄，取10g烘干的植物叶浸泡到100ml去离子水中，放置在摇床里30℃恒温处理24小时，离心，抽滤，制得植物提取液，将制备的植物提取液放置在4℃的冰箱中储存；

（4）铜离子吸附：取步骤（2）所得载体鸡蛋壳2g，浸入50ml10mm硝酸铜(cu（no3）2·3h2o)溶液，室温下浸泡5h，将铜离子吸附至鸡蛋壳载体上；

（5）铜纳米粒子的原位还原：取步骤（3）中所制备的植物提取液20ml加入到步骤（4）中鸡蛋壳吸附铜离子溶液中，黑暗条件下反应5天，将铜离子原位还原为铜纳米颗粒；

（6）将步骤（5）中的反应液离心，将离心出的固体用去离子水反复洗涤3遍，然后至于真空干燥箱中60℃真空干燥，即得基于鸡蛋壳模板的复合铜纳米材料。

实施例4

一种基于鸡蛋壳模板的铜纳米材料的性能检测。

实施例3制备的基于鸡蛋壳模板的铜纳米材料的x射线衍射（xrd）谱图如图1所示。相比于纯鸡蛋壳的x射线衍射图（图1中（a）曲线），实施例3制备的基于鸡蛋壳模板的铜纳米材料在x射线衍射下，检测出明显的突出峰。图中，图1中的（b）曲线显示的是cu的单晶结构。从图中看出，铜纳米材料很好的负载在鸡蛋壳表面上。图2中（a）图显示的是纯鸡蛋壳的电子扫描电镜图，从图中看出，纯鸡蛋壳表面光滑；图2中（b）是基于鸡蛋壳模板的铜纳米材料的电子扫描电镜图，结果表明，鸡蛋壳表面变得粗糙，铜纳米粒子成功负载在鸡蛋壳膜的表面，图2中（b）的局部高清扫描图像通过图2的（c）图表明，铜纳米粒子的直径在100~200nm。图3中（a）和（b）图分别是样品对大肠杆菌和金色葡萄球菌的抗菌效果图，可以看出基于鸡蛋壳模板的铜纳米材料对于大肠杆菌和黄色金葡萄球菌均有抑菌效果，但是对金色葡萄球菌的抗菌效果更好。

应用实施例1

将已灭菌的琼脂培养基加热到完全融化，倒在培养皿内，每皿约20ml，放平，凝固。称取样品5mg加入到1ml生理盐水中，挑取一个大肠杆菌的菌落入3ml生理盐水中稀释，吸取1ml稀释的菌液入平板表面，用涂布器涂布将菌液涂布均匀。然后用打孔器在平板上打孔，去掉打下来的琼脂。往孔里分别加入0.5ml的实施例1、实施例2和实施例3的样品悬浊液（依次标记为1、2、3），然后放入培养箱里37℃恒温培养24h，观察抑菌圈的大小分别为14.06mm、14.84mm、15.80mm。

应用实施例2

将已灭菌的琼脂培养基加热到完全融化，倒在培养皿内，每皿约20ml，放平，凝固。称取样品5mg加入到1ml生理盐水中，挑取一个金色葡萄球菌的菌落入3ml生理盐水中稀释，吸取1ml稀释的菌液入平板表面，用涂布器涂布将菌液涂布均匀。然后用打孔器在平板上打孔，去掉打下来的琼脂。往孔里加入0.5ml的实施例1、实施例2和实施例3的样品悬浊液，然后放入培养箱里37℃恒温培养24h，观察抑菌圈的大小分别为16.57mm、17.64mm、18.88mm。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。