一种石墨烯包裹纳米氧化锌异质结抗菌材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种高性能抗菌材料及其制备方法，尤其涉及一种石墨烯包裹纳米氧化锌异质结抗菌材料及其制备方法，属于抗菌材料制备领域。

背景技术：

目前常见的抗菌材料有天然抗菌材料、有机抗菌材料以及无机抗菌材料，其中，无机抗菌材料具有广谱、高效、耐热性、安全性、持久性以及环境友好等诸多优点受到广泛的关注。在无机抗菌材料中，Ag颗粒是广泛使用的一种材料，但Ag颗粒进入人体有害，使用过程需要注意避免进入人体。氧化锌材料因具有无毒、吸收和散射紫外线等性能，是近年来广受关注的抗菌材料。氧化锌抗菌的主要机理基于其光催化过程。氧化锌材料禁带宽度大，吸收自然界的高能光子以后产生高能的电子空穴对，其中的高能空穴具有强氧化能力，通过作用于空气中的氧和水形成氧化基团或者直接作用于菌类达到杀菌抗菌的效果。纳米氧化锌由于具有更高的比表面积，因此比常规氧化锌具有更好的抗菌性能。

自从石墨烯材料在2004年首次被稳定制备出来以后，越来越多的研究发现单原子层的石墨烯材料具有优异的电学、光学性质，如极高的载流子迁移率、高的杨氏模量等。同时，研究发现纳米级的石墨烯可以有效杀死细菌，因此未来有潜力用于抗菌材料领域。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种抗菌效果好、制备简单的石墨烯包裹纳米氧化锌异质结抗菌材料及其制备方法。

本发明的石墨烯包裹纳米氧化锌异质结抗菌材料，该材料是以纳米氧化锌材料为基体，在纳米氧化锌表面包裹有石墨烯。

上述技术方案中，所述的纳米氧化锌材料是在某一个方向上尺寸在10纳米至1微米的氧化锌材料，可以是纳米颗粒、纳米线、纳米带、纳米花等形态。

所述的石墨烯部分包裹或者完全包裹纳米氧化锌材料。

制备上述的石墨烯包裹纳米氧化锌异质结抗菌材料的方法，包括如下步骤：

1)将石墨烯与纳米氧化锌材料的粉末按照重量比＝0.0001～1混合；

2)将上述混合粉末加入溶剂中，形成混合粉末的悬浊液；

3)将步骤2)得到的悬浊液进行超声处理10秒～30分钟；

4)将上述处理后的溶液离心并干燥，得到石墨烯包裹纳米氧化锌异质结抗菌材料。

其中，步骤(2)所述的溶剂为去离子水、乙醇、IPA(异丙醇)、丙酮、NMP(N-甲基吡咯烷酮)、DMF(二甲基甲酰胺)中的一种或几种的混合。

本发明的抗菌材料在氧化锌和石墨烯自身杀菌性能的基础上，将石墨烯与纳米氧化锌接触可以形成肖特基异质结，由于氧化锌自然呈n型导电特性，石墨烯受空气中水分影响呈p型导电特性，两种材料结合后氧化锌表面能带向上弯曲，光生空穴向石墨烯层扩散，其更易扩散至表面，可大大提高终产物的抗菌性能。本发明充分结合氧化锌、石墨烯本身的抗菌能力，且最终获得的石墨烯包裹的纳米氧化锌异质结材料可以获得1+1>2的的抗菌效果。

附图说明

图1为石墨烯包裹的氧化锌纳米线的透射电子显微镜照片；

图2为有/无石墨烯包裹的氧化锌纳米线的葡萄球菌抗菌性能对比。

图3为实施例2制备得到的石墨烯包裹纳米氧化锌抗菌剂的抗菌表征结果。其中A为10mg石墨烯包裹纳米氧化锌抗菌剂作用2h后的抗菌效果，B为10mg石墨烯包裹纳米氧化锌抗菌剂作用5h后的抗菌效果，C为设置的无抗菌剂对照组。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步说明本发明。

实施例1：

1)按照重量比石墨烯：氧化锌＝0.0001将石墨烯与氧化锌纳米线粉末放入容器中混合；氧化锌纳米线直径约为50nm；

2)加入去离子水得到石墨烯、纳米氧化锌混合粉末悬浊液；

3)将步骤2得到的悬浊液进行超声处理30分钟；

4)将上述处理后的溶液离心分离并在120℃烘干得到石墨烯包裹纳米氧化锌抗菌材料。

5)将制得的固体石墨烯包裹纳米氧化锌抗菌材料，称量10mg，加入到装有1mL 10⁶CFU/ml大肠杆菌菌液的试管中；在试管中加入蛋白胨水800μL，然后，将试管放入到空气浴振荡培养箱中进行培养；样品1培养2小时后，取出试液0.1mL，均匀涂抹在LB琼脂培养皿中，倒置于37℃恒温培养箱培养16～24h，观察并拍照记录；样品2培养5小时后，取出试液0.1mL，均匀涂抹在LB琼脂培养皿中，倒置于37℃恒温培养箱培养16～24h，观察并拍照记录。观察显示，作用2h有少量菌落生长，而5h后基本可完全杀死细菌。

实施例2：

1)按照重量比石墨烯：氧化锌＝1将石墨烯与纳米氧化锌颗粒放入容器中；氧化锌纳米颗粒粒径约100nm；

2)加入乙醇与IPA混合溶剂得到石墨烯、纳米氧化锌混合粉末悬浊液；

3)将步骤2得到的悬浊液进行超声处理10秒；

4)将石墨烯、纳米氧化锌离心分离并在100℃干燥得到石墨烯包裹纳米氧化锌抗菌材料。

5)将制得的固体石墨烯包裹纳米氧化锌抗菌材料，称量10mg，加入到装有1mL 10⁶CFU/ml金黄色葡萄球菌液的试管中；在试管中加入蛋白胨水800μL，然后，将试管放入到空气浴振荡培养箱中进行培养；样品1培养2小时后，取出试液0.1mL，均匀涂抹在LB琼脂培养皿中，倒置于37℃恒温培养箱培养16～24h，观察并拍照记录；样品2培养5小时后，取出试液0.1mL，均匀涂抹在LB琼脂培养皿中，倒置于37℃恒温培养箱培养16～24h，观察并拍照记录。石墨烯包裹纳米氧化锌抗菌剂的抗菌表征结果参见图2和3。从图3可以看出，作用2h有少量菌落生长，而5h后基本可完全杀死细菌。

实施例3：

1)按照重量比石墨烯：氧化锌＝0.01将石墨烯与纳米氧化锌放入容器中；

2)加入NMP得到石墨烯、纳米氧化锌混合粉末悬浊液；

3)将步骤2得到的悬浊液进行超声处理1分钟；

4)将悬浊液直接烘干得到石墨烯包裹纳米氧化锌抗菌材料。

5)将制得的固体石墨烯包裹纳米氧化锌抗菌材料，称量10mg，加入到装有1mL 10⁶CFU/ml大肠杆菌菌液的试管中；在试管中加入蛋白胨水800μL，然后，将试管放入到空气浴振荡培养箱中进行培养；样品1培养2小时后，取出试液0.1mL，均匀涂抹在LB琼脂培养皿中，倒置于37℃恒温培养箱培养16～24h，观察并拍照记录；样品2培养5小时后，取出试液0.1mL，均匀涂抹在LB琼脂培养皿中，倒置于37℃恒温培养箱培养16～24h，观察并拍照记录。作用2h有少量菌落生长，而5h后基本可完全杀死细菌。