一种磁性纳米铁氧体材料的制备方法及其应用

1.本发明属于无机纳米抑菌材料技术领域，具体涉及一种磁性纳米铁氧体材料的制备方法及其应用。


背景技术：

2.市售抑菌剂如波尔多液、绿得宝、双效灵等常见药剂的主要成分为cu
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，cu
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作为生活一次性用药具有杀菌效率高，对人体副作用小，安全可靠等优点被广泛应用于农林畜牧业的病菌防治和生活用药等领域。
3.因为cu
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作为植物微量元素是构成植物根、茎、叶和果实的重要元素，微量的cu
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可促进植物发育，cu
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的抑菌机制是：植物相比于微生物需cu量较高，但当外界环境中的cu
2+
浓度超过细菌的最小抑菌限度小于植物毒性浓度时，cu
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通过铜离子通道进入微生物内部后游离于细胞质中，改变细菌内外的渗透压平衡，破坏细菌细胞器，因此在此浓度范围内不仅可以杀菌，而且促进植物生长。
4.活性氧簇(ros)作为目前重要的杀菌剂可对细菌细胞器、新陈代谢所需的液质环境、蛋白质分子等造成不可逆损伤且不产生耐药性。
5.目前对于该抑菌和促进植物生长的材料只有市售铜离子或铁离子相关的化合物。市售现有的抑菌剂，抑菌活性低，回收难，对植物种子萌发、根活性和叶绿素的促进影响较低，且复合成分较多。为此，我们提出一种磁性纳米铁氧体材料的制备方法及其应用，以解决上述背景技术中提到的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种磁性纳米铁氧体材料的制备方法及其应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种磁性纳米铁氧体材料的制备方法，包括如下步骤：
8.s1：2.4mm的氯化铁和1.2mm的氯化铜加入到乙二醇中形成透明溶液；
9.s2：随后naac和柠檬酸钠加到透明溶液中，超声分散均匀，形成混合液；
10.s3：把混合液转移至25ml不锈钢高压釜的聚四氟乙烯内胆里，反应结束后，把反应釜在室温下冷却，产物黑色固体用超纯水和乙醇洗涤，然后在真空干燥箱中干燥完成即可。
11.所述步骤s3中反应温度为200℃，反应时间为10h。
12.所述步骤s3中黑色固体用超纯水和乙醇洗涤的洗涤次数为3-4次。
13.所述步骤s3中真空干燥箱的干燥温度为60℃，干燥时间为12h。
14.本发明还提供一种磁性纳米铁氧体材料的应用，包括所述的制备方法制得的磁性纳米铁氧体材料在抑菌与促进植株生长的应用。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的一种磁性纳米铁氧体材料的制备方法及其应用，本发明制备的磁性纳米铁氧体材料，即磁性纳米fe3o4/cuo/cu复合材
料，合成方法较为简单，在外加磁场作用下可回收利用，因为具有fe
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，fe
3+
，cu
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和cu具有不同的氧化还原电势而使电子具有一定的迁移速率，电子与介质溶液结合生成ros具有杀菌性和促进种子萌发的性能，其抑菌活性是波尔多液的10倍，磁性纳米铁氧体材料(相比单独的波尔多液)释放的微量的fe
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和cu
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可促进根的生长和叶绿素含量的增加。
16.本发明制备的磁性纳米铁氧体材料，以磁性从四氧化三铁为基础，复合氧化铜和单质铜，利用化合物之间的电子迁移来提高ros的生成，进而提高杀菌活性，释放的铁离子和铜离子可促进植物生长。
17.fe3o4/cuo/cu在100-200μg/ml时具有强的抑菌性和促进植物生长，且潜在的应用价值可替代波尔多液用于农业病害处理。新型球形纳米fe3o4/cuo/cu材料，应用性是市售波尔多液的10倍。
附图说明
18.图1为本发明磁性纳米铁氧体材料的透射电镜示意图；
19.图2为本发明磁性纳米铁氧体材料的x射线光电子能谱示意图；
20.图3为本发明磁性纳米铁氧体材料的x射线衍射谱分析示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.本发明提供了如图1-3的一种磁性纳米铁氧体材料的制备方法，包括如下步骤：
23.s1：2.4mm的氯化铁和1.2mm的氯化铜加入到乙二醇中形成透明溶液；
24.s2：随后naac和柠檬酸钠加到透明溶液中，超声分散均匀，形成混合液；
25.s3：把混合液转移至25ml不锈钢高压釜的聚四氟乙烯内胆里，反应结束后，把反应釜在室温下冷却，产物黑色固体用超纯水和乙醇洗涤，然后在真空干燥箱中干燥完成即可。
26.所述步骤s3中反应温度为200℃，反应时间为10h。
27.所述步骤s3中黑色固体用超纯水和乙醇洗涤的洗涤次数为3-4次。
28.所述步骤s3中真空干燥箱的干燥温度为60℃，干燥时间为12h。
29.本发明还提供一种磁性纳米铁氧体材料的应用，包括所述的制备方法制得的磁性纳米铁氧体材料在抑菌与促进植株生长的应用。
30.一、抑菌实验：
31.磁性纳米铁氧体材料的抑菌活性用沙门氏菌、青枯菌、马铃薯干腐病菌等来监测，沙门氏菌和青枯菌均为37℃下(真菌在28℃)活化的指数期细菌，所用的lb培养基(真菌用土豆培养基)、超纯水、生理盐水、磷酸缓冲液等生物材料均在高压灭菌锅(121℃,20min)下灭菌，均在生化培养箱中培养。
32.二、滤纸片扩散实验：
33.用无菌的磁性纳米铁氧体材料分散在灭过菌的超纯水中，制备成浓度为100μg/ml，200μg/ml，300μg/ml，400μg/ml的梯度的溶液。将隔夜活化好的细菌用无菌生理盐水稀
释成5
×
107cfu(colony-formingunits)/ml，取100μl均匀涂在灭过菌的固体lb培养基上，取8μl沾有不同材料的抑菌液放置在接过菌的lb培养基上培养12h，平行做6组观察结果。得到最佳抑菌浓度后，以市售波尔多液抑菌活性为参照，对比复合材料的抑菌活性。
34.三、菌落计数法实验：
35.将磁性纳米铁氧体材料加入到5
×
105cfu/ml菌悬液中，最终质量浓度为300μg/ml，分别混合5min、10min、20min和40min，磁分离取上层液10μl均匀涂在灭过菌的固体lb培养基上培养12h，平行做6组观察结果，抑菌效率(n)为：
36.式中：n代表抑菌效率，b0为参照中菌落个数，b是含有不同材料的抑菌结果菌落数。
37.四、细菌生长曲线监测法实验：
38.未检测磁性纳米铁氧体材料对细菌生长阶段的具体影响，我们用微量热分析检测细菌在适应期，对数期。稳定期和衰退期的释放热量强度的变化来分析材料的抑菌活性，细菌释放热量越多，说明细菌生长活性越强。为此将材料和接过菌的液体lb培养基混合配成5ml溶液，最终细菌浓度为5
×
107cfu，材料浓度为300μg/ml，37℃下监测细菌(28℃监测真菌)的生长和热量释放强度。
39.五、细菌pi染色法实验：
40.为了测试细菌细胞细胞膜破坏的完整程度，使用碘化丙啶(pi)作为dna染色剂。正常的细菌，由于细胞膜完整，不允许pi渗透而没有颜色，另外，如果出现红色，代表细菌受损或者死亡，细胞膜被破坏，pi染色剂进入细菌内部和dna作用而显示红色荧光。为此，将上述混合液加入50μg/ml的碘化丙啶(pi)50μl黑暗环境下混合15min，在13000r/min的离心机下，用磷酸缓冲液洗涤3次，在荧光倒置显微镜下观察细菌的损伤情况。
41.六、哺乳细胞的毒理性实验:
42.10％的标准胎牛血清的hdmem，且培养基每天更换，细胞在二氧化碳浓度为5％、湿度为95％的37℃环境中培养。具体实验如下，把正常浓度为2000个/孔的人乳腺上皮细胞加入到96孔板中隔夜粘附培养，除去培养基并加入100μl含有不同浓度的材料的培养基，培养3天后，加入25μl的mtt溶液(5mg/mlinpbs)培养2h，移出上清液并加入100μl的dmso溶解formazan结晶，将培养基密封，隔夜培养，用分光光度计监测吸收峰评估材料对细胞的毒理性w。计算公式为：
43.w＝od(实验组)/od(对照组)*100％。
44.七、植物毒理性实验：
45.1、种子萌发实验：
46.取颗粒饱满的绿豆种子用10％(v/v)的naclo4浸泡灭菌10min，然后用蒸馏水清洗数次，然后用蒸馏水在4℃环境下浸泡过夜，把浸泡后的种子均匀的播撒在培养皿中，每个培养皿20株，重复三次(初始绿豆种子)，接着用超纯水和配有一定浓度的波尔多液与目标材料的混合液加入培养皿中，在25℃的温室中萌发，36h后观察萌发结果。
47.2、根活性和叶绿素含量测试实验：
48.将初始绿豆种子中加入营养液，25℃培养至萌发，其次将萌发后的幼苗转移至营养液和混有一定浓度梯度的材料置于人工气候培养箱中25℃下，湿度为60％-70％，光照时
间为16h/d，光照强度为150μmol/sm2处理14天后测试根生长活性和叶绿素含量。
49.根活性测试：使用氯化三苯基四氮唑(ttc)法监测绿豆芽的根生长活性，取0.5g的绿豆芽根，依次加入5mlttc溶液(4g/l)和5ml的磷酸缓冲液(0.07mol/l)混合均匀，黑暗环境下37摄氏度培养2h，加入2mlh2so4(1m)停止反应，取出根系搽拭干净后放入刻度试管中，加入10ml甲醇，25℃下直至根尖完全变白后为止，取上清液，并用分光光度法监测四氮唑的还原量。
50.3、叶绿素含量的测试：
51.取上述叶片0.15g使用液氮研磨20min至粉末，浸泡在20ml的丙酮和乙醇的混合液(v/v＝1：1)中24h，取上清液，用分光光度计测试叶绿素的含量。
52.综上所述，与现有技术相比，图1为磁性纳米铁氧体材料的透射电镜示意图，证明fe3o4/cuo/cu为纳米球形材料，x射线光电子能谱证明材料含有fe3o4，cuo和cu，x射线衍射证明材料为尖晶型fe3o4，单斜型cuo和立方相cu，抑菌结果显示材料在100μg/ml时具有强的抑菌活性，200μg/ml时的抑菌活性是同浓度波尔多液的10倍，时间抑菌结果证明，材料在30min内抑菌率为99.9％，为量热分析和pi染色结果显示，材料可杀死细菌，并对细菌细胞壁产生损伤。对乳头细胞的毒性研究显示，其ic
50
为298μg/ml，在种子萌发、根活性、和叶绿素含量测试中显示，材料可增加种子萌发率，促进根的生长和叶绿素含量的增加。
53.本发明制备的磁性纳米铁氧体材料，即磁性纳米fe3o4/cuo/cu复合材料，合成方法较为简单，在外加磁场作用下可回收利用，因为具有fe
2+
，fe
3+
，cu
2+
和cu且具有不同的氧化还原电势而使电子具有一定的迁移速率，电子与介质溶液结合生成ros具有杀菌性和促进种子萌发的性能，其抑菌活性是波尔多液的10倍，磁性纳米铁氧体材料(相比单独的波尔多液)释放的微量的fe
2+
和cu
2+
可促进根的生长和叶绿素含量的增加。
54.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。