一种高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的制备方法及其应用与流程

本发明属于纳米材料制备
技术领域：
，具体涉及一种高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的制备方法及其应用。
背景技术：
：人类生活环境中存在大量细菌微生物，细菌微生物繁殖的危害是食品工业、临床医学、生物医用材料、生化工程、海洋船舶防腐防污、工业和饮用水安全等研究和应用领域中涉及的一个具有共性的、基础性和普遍性的重大问题。细菌可以在适宜温度及营养物资下会迅速生长增殖形成生物膜，导致材料的变质腐败发霉以及伤口化脓感染等现象，严重的威胁到人类的身体健康。而微生物往往通过界面作用黏附在各类材料表面，通过生长繁殖形成黏附性的微生物膜，由此引起的致病菌传播、微生物污染和腐蚀严重危害人类健康和国民经济发展。因此，开发具有长期抗菌特性以防止细菌黏附进一步阻止菌斑形成的表面涂层材料非常有必要。李亚明发明了一种二氧化钛纳米管阵列薄膜的制备方法(专利号为cn105088312a)，先后通过两次预处理和两次阳极氧化的方法，可控制备均一大小的纳米管阵列，阳极氧化电压为60-70v，时间为3-4.5h，并在电阻炉中550℃-650℃下处理。其操作工序过于复杂，耗时费能。此外，对于目前存在的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的制备方法反应条件过于复杂，且大部分都是物理共混抗菌剂本身不稳定，抗菌性能不持久，且大部分高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料并不能阻止细菌在材料表面高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的制备方法。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的制备方法及其应用。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)提供钛基材并对钛基材的表面进行酸液清洗后干燥；(2)将步骤(1)处理后的钛基材在恒定电压下进行阳极氧化得到二氧化钛纳米管，所述恒定电压的范围为20v-40v；(3)将步骤(2)得到的二氧化钛纳米管进行煅烧得到锐钛矿型二氧化钛纳米管阵列，降至室温；(4)在所述钛矿型二氧化钛纳米管阵列上通过硅氧烷水解接枝含氟硅氧烷。本发明方法通过阳极氧化制备具有羟基官能团的二氧化钛纳米管阵列，通过精确调控阳极氧化时间和煅烧温度，使纳米管阵列均匀且分布均一；进一步通过硅氧烷水解接枝含氟硅氧烷，使制备得到的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料具有超疏水的特性从而很好的防止细菌黏附，使防细菌黏附率达到99.99％。优选地，所述含氟硅氧烷为十七氟三乙氧基硅烷。优选地，所述硅氧烷水解的试剂为十七氟三乙氧基硅烷溶液，所述十七氟三乙氧基硅烷溶液中十七氟三乙氧基硅烷的质量浓度为0.1％-2％，所述十七氟三乙氧基硅烷溶液的ph值为8-12。优选地，所述十七氟三乙氧基硅烷溶液由氨水调节ph值为10，所述十七氟三乙氧基硅烷溶液的溶剂为体积分数95％的乙醇水溶液。优选地，所述步骤(3)中，煅烧的方法为：将步骤(2)得到的二氧化钛纳米管自室温升温至440℃-460℃，保温2h-3h后降至室温。优选地，煅烧的保温温度为450℃。优选地，所述步骤(2)中，阳极氧化的时间为0.5h-2h。优选地，所述步骤(1)中，钛基材为钛板或者钛片。优选地，所述步骤(1)中，酸液清洗试剂为硝酸、氟化氢的混合溶液，其中硝酸的质量分数为10％-15％，氟化氢的质量分数为40％-45％。本发明还提供如上述任一所述方法制备得到的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料。本发明的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料可高效防止细菌黏附，防细菌黏附率达到99.99％，而且经过紫外光照射后能够产生杀菌功能。本发明还提供一种上述所述高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的使用方法，包括以下步骤：将上述所述高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料置于紫外光下照射10min-50min。优选地，所述紫外光的波长为365nm。本发明的有益效果在于：本发明提供了一种高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的制备方法及其应用，本发明方法通过阳极氧化制备具有羟基官能团的二氧化钛纳米管阵列，通过精确调控阳极氧化时间和煅烧温度，使纳米管阵列均匀且分布均一；进一步通过硅氧烷水解接枝含氟硅氧烷，使制备得到的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料具有超疏水的特性从而很好的防止细菌黏附，使防细菌黏附率达到99.99％，制备方法简单，成本低。本发明的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料可高效防止细菌黏附，防细菌黏附率达到99.99％，而且经过紫外光照射后能够产生杀菌功能。附图说明图1为本发明实施例制备得到的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的sem表征图。图2为本发明实施例制备得到的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的xrd表征图。图3为本发明实施例3制备得到的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的接触角表征图。图4为本发明实施例1的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料抑菌效果图；其中，a：空白组金黄色葡萄球菌，b：实验组金黄色葡萄球菌。图5为本发明实施例1的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的防细菌黏附效果图；其中，a：空白组大肠杆菌，b：实验组大肠杆菌。图6为本发明实施例2的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的抑菌效果图；其中，a：空白组金黄色葡萄球菌，b：实验组金黄色葡萄球菌。图7为本发明实施例2的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的防细菌黏附效果图；其中，a：空白组大肠杆菌，b：实验组大肠杆菌。图8为本发明实施例3的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的抑菌效果图；其中，a：空白组金黄色葡萄球菌，b：实验组金黄色葡萄球菌。图9为本发明实施例3的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的防细菌黏附效果图；其中，a：空白组大肠杆菌，b：实验组大肠杆菌。具体实施方式为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。实施例1作为本发明实施例的一种高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)提供钛板并对钛板的表面进行酸液清洗后在室温下自然风干，所述酸液由体积比为1：4：5的质量分数68％的浓硝酸、质量分数40％的氟化氢和去离子水配制；(2)将步骤(1)处理后的钛板在40v的恒定电压下进行阳极氧化2h，得到二氧化钛纳米管；(3)将步骤(2)得到的二氧化钛纳米管置于马弗炉中，自室温以1-2℃/min的升温速率升温至450℃，并于450℃保温2h煅烧得到锐钛矿型二氧化钛纳米管阵列，降至室温；(4)在所述钛矿型二氧化钛纳米管阵列上通过硅氧烷水解接枝含氟硅氧烷，所述硅氧烷水解的试剂为十七氟三乙氧基硅烷溶液，所述十七氟三乙氧基硅烷溶液中十七氟三乙氧基硅烷的质量浓度为0.1％，所述十七氟三乙氧基硅烷溶液的溶剂为体积分数95％的乙醇水溶液，所述十七氟三乙氧基硅烷溶液由氨水调节ph值为10。实施例2作为本发明实施例的一种高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的制备方法，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述十七氟三乙氧基硅烷溶液中十七氟三乙氧基硅烷的质量浓度为1％。实施例3作为本发明实施例的一种高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的制备方法，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述十七氟三乙氧基硅烷溶液中十七氟三乙氧基硅烷的质量浓度为2％。实验例11、对实施例1-3制备得到的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料进行sem和xrd和实施例3得到的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料进行接触角表征。图1为本发明实施例1制备得到的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的扫描电镜表征图，由图1可知，材料中的tio2纳米管阵列管径均匀，分布均匀，管径在40nm左右；图2为本发明实施例1制备得到的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的xrd表征图25.48°，37.88°，48.18°，54.68°，和55.38°对应着锐钛矿晶型的(101)，(004)，(200)，(105)，and(211)；图3为本发明实施例3制备得到的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的接触角图，接触角大小为156°。说明本发明制备得到的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的疏水性能得到了改善。2、对实施例1-3制备得到的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的抗菌性能进行实验验证。实验材料：金黄色葡萄球菌为金黄色葡萄球菌(staphylococcusaureus)atcc29213，大肠杆菌为大肠杆菌(escherichiacoli)atcc25922。抗菌率测试：(1)将未加高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料设为空白组，将实施例1-3的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料剪成大小为2×2cm作为实验组，在进行抗菌实验前放入紫外灯下灭菌30min，实施例1-3的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料在实验前用波长为365nm的紫外灯光照2h；(2)准备35ml的pbs(磷酸盐)缓冲溶液于灭菌后的锥形瓶中，取5ml细菌浓度约为(1×106)～(5×106)cfu/ml菌悬液加入锥形瓶，使锥形瓶细菌液的整体浓度为(1×105)～(5×105)cfu/ml；(3)将空白组和实验组样品分别加入上述锥形瓶中，做好标记，于25℃恒温摇床振荡培养，转速为200转/min，振荡1min，进行“0”接触时间取样；(4)振荡1min后，采用两次10倍稀释法进行稀释记数，用移液枪取100μl合适稀释倍数后的溶液进行涂平板操作，在37℃的恒温生化培养箱内培养24～48小时后，记录菌落个数；(5)10h后，每个锥形瓶的样品都采用10倍稀释法系列稀释至合适稀释倍数，用移液枪取100μl合适稀释倍数后的溶液进行涂平板操作，在37℃的恒温生化培养箱内培养24～48小时后，记录菌落个数，每个样品做3个平行对照；(6)振荡接触6h后，比较空白样与实验试样烧瓶中的活菌浓度，抗菌率计算如下：式中：y：试样的抗菌率，wt：3个空白组的试样10h振荡接触后烧瓶内活菌浓度的平均值，qt：3个实验组的10h振荡接触后烧瓶内活菌浓度的平均值；2、抗黏附率测试计算方法：实施例1-3制备得到的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料和作为空白样的钛板(1.5cm*1.5cm)垂直放入107cfu/ml细菌液中，温度为37℃条件下培养4h，然后样品从细菌液中垂直拉出，悬空3min使残余细菌液滴脱除，后转移到装有25ml的mhb(mh肉汤)溶液中，进一步在37℃培养箱培养24h，用无菌水冲洗未黏附的细菌，最后样品置入装有5ml的pbs缓冲溶液中，置入超声仪中，将在样品表面强力黏附的细菌超声脱除2min，然后将含有细菌的pbs缓冲溶液利用涂平板法，取100μl溶液进行涂平板，37℃培养箱培养24h，培养后数细菌倒推被黏附的细菌数。并通过以下方法计算：抗黏附率(％)＝(cfu空白ml-1－cfu样品ml-1)/cfu空白ml-1，cfu空白代表空白样品测试细菌数，cfu样品代表测试样品测试细菌数。实验结果：实施例1的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抗菌效果图如图4所示，实施例1的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有显著抗菌效果。防细菌黏附实验得到的防细菌黏附结果如图5所示。抗菌和防细菌黏附率结果如表1所示，说明实施例1高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料具有良好的抗菌和防细菌黏附率性。表1实施例1的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的抗菌率和防细菌黏附率抗菌率防细菌黏附率金黄色葡萄球菌92.32％94.35％大肠杆菌93.28％95.67％实施例2的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抗菌效果图如图6所示，实施例2的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有显著抗菌效果。防细菌黏附实验得到的防细菌黏附结果如图7所示。表2实施例2的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的抗菌率和防细菌黏附率抗菌率防细菌黏附率金黄色葡萄球菌92.89％95.36％大肠杆菌94.07％96.72％实施例3的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抗菌效果图如图8所示，实施例3的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有显著抗菌效果。防细菌黏附实验得到的防细菌黏附结果如图9所示。表3实施例3的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的抗菌率和防细菌黏附率抗菌率防细菌黏附率金黄色葡萄球菌95.79％98.64％大肠杆菌97.04％99.99％由表1、表2、表3的结果对比可知，在十七氟三乙氧基硅烷溶液中十七氟三乙氧基硅烷的质量浓度为0.1％-2％的范围内，十七氟三乙氧基硅烷的质量浓度越高，本发明方法制备得到的高效抗菌协同防细菌黏附纳米材料的抗菌率和防细菌黏附率更好。最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。当前第1页12