一种壳聚糖/二硫化钼光催化抗菌涂层的制备方法与流程

本发明涉及材料科学与纳米材料技术领域，特别涉及一种壳聚糖/二硫化钼光催化抗菌涂层的制备方法。

背景技术：

类石墨烯二维材料mos2,具有与石墨类似的层状结构，层与层之间由相对薄弱的范德华力维持，在机械，电子，光催化等领域表现出很多优异的性质，并在生物医药领域展现出应用潜力，然而其在环境及生物学的影响仍然有待开发。层状纳米mos2的禁带宽度在1.80ev左右，具有在可见光下的光催化活性，同时因为纳米结构的mos2有一个较大的比表面积，能增强它的催化活性

目前，纳米二硫化钼制备方法主要有液相法和固相法两大类：液相法存在产物尺寸与形貌不易控制、分散性差、易发生聚合，结晶性差等特点：固相法存在反应温度高.产物或反应物中常含有污染环境的含硫气体。因此。对纳米二硫化钼的研究应集中在以下两个方面：(1)低成本、清洁纳米二硫化钼制备新工艺开发；(2)不同形貌纳米二硫化钼的应用开发研究。

壳聚糖(chitosan)又称脱乙酰甲壳素，是由自然界广泛存在的几丁质(chitin)经过脱乙酰作用得到的，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-b-d葡萄糖。自1859年，法国人rouget首先得到壳聚糖后，这种天然高分子的生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能被各行各业广泛关注，在医药、食品、化工、化妆品、水处理、金属提取及回收、生化和生物医学工程等诸多领域的应用逐渐被发掘。壳聚糖类表面活性剂属于糖类表面活性剂，表现出良好的表面活性。该类表面活性剂无毒，无公害，有良好的ph稳定性能、抗氧化性能，因此可完全其应用于化妆品配方和食品中，此外壳聚糖表面活性剂是纯天然的表面活性剂，具有良好的表面活性、乳化性、吸湿保湿性、增溶性、抗菌性等性质，可以在洗涤、医药、食品、化妆品、纺织印染、石油、环保等多种领域中得到广泛应用。

如何利用二硫化钼和壳聚糖的特性和相互间的作用，改善医用植入体表面的抗菌能力，是值得研究的一个方向。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种壳聚糖/二硫化钼光催化抗菌涂层的制备方法，所述方法通过碱热处理使钛合金表面具有疏松多孔的大比表面积结构，然后通过电沉积使钛合金表面具有既拥有可见光催化抗菌效果，又具有较好的生物相容性的壳聚糖/二硫化钼可见光催化抗菌涂层。

本发明的技术方案为：一种壳聚糖/二硫化钼光催化抗菌涂层的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

s1.将100-250mg二硫化钼与100-200mg壳聚糖放入研钵中研磨15-30min，再加入0.5ml的离子液体到研钵中，随后再研磨60-120min；

s2.收集研磨产物，依次用丙酮，n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和质量浓度为0.5-1％的乙酸离心洗涤所述研磨产物，所述丙酮，n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和质量浓度为0.5-1％的乙酸各洗涤研磨产物三次，移除研磨产物中离子溶液和多余的壳聚糖(cs)；将洗涤完成后得到的沉淀分散到去离子水中，在1500-1800rpm速度离心20min来移除未剥离的二硫化钼(mos2)，得到壳聚糖/二硫化钼纳米分散系，将所述壳聚糖/二硫化钼纳米分散系(cs-mos2)用去离子水稀释到100ml得到壳聚糖/二硫化钼分散系溶液，将所述壳聚糖/二硫化钼分散系溶液储存于4℃下待用；

s3.将钛合金圆片砂纸逐级打磨，依次在乙醇，去离子水中超声清洗，清洗好的钛片干燥后用去离子水/硝酸/氢氟酸的混酸溶液刻蚀2-4min，之后用去离子水清洗；

s4.将步骤s2制得的刻蚀过的钛合金圆片放入盛有naoh溶液的反应釜中，然后再将反应釜放入烘箱中，在60-80℃下反应2-3h，制得表面具有多孔粗糙结构的钛合金圆片，清洗制得的钛合金圆片；

s5.向步骤s2配置的壳聚糖/二硫化钼分散系溶液中加入1-1.5ml醋酸和4-5ml乙醇，超声1.5-2h，磁力搅拌22-24h；

s6.以步骤s5中搅拌好的壳聚糖/二硫化钼分散系溶液作为电沉积液，将步骤s4制得的钛合金圆片作阴极，铂片电极作阳极，电极距离为10mm，电压为40-60v，沉积时间为150-300s；从所述电沉积液中取出已经覆膜的钛合金圆片，用清水喷射所述钛合金圆片表面，去除表面吸附的多余物质，再放入烘干炉中，去除水分，即得到钛合金表面的壳聚糖/二硫化钼光催化抗菌涂层。

所述步骤s1中离子溶液为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。

所述步骤s3中的去离子水/硝酸/氢氟酸的混酸溶液中各组分的体积份数为：5份离子水、2-4份硝酸和1-3份氢氟酸。

所述硝酸为分析纯；所述氢氟酸为分析纯。

所述步骤s6中烘干炉设置温度为150℃，烘烤时间为60min。

本发明的技术效果为：

(1)合成壳聚糖/二硫化钼片层结构耗时短且无需昂贵的设备；

(2)由于二硫化钼有关的光催化活性，于是相比于单纯的壳聚糖膜，本发明制备的抗菌涂层中因为二硫化钼与壳聚糖的协同作用使其具有更好的可见光催化抗菌性；

(3)所述制备方法简单易行，第一步反应的介质是离子液体，可回收，绿色环保，电泳沉积壳聚糖作为分散剂与表面活性剂，无毒，有良好的ph稳定性能，所获得的壳聚糖/二硫化钼抗菌涂层有更好的储存稳定性，与钛基地有良好的结合性，以及很好的生物相容性，为功能二硫化钼涂层在纳米医药中的应用提供可能性。

综上，本发明制备方法简单，反应介质可回收，运用电泳沉积法制备具有生物活性和光催化抗菌性的壳聚糖与二硫化钼纳米复合涂层；本发明制备所得壳聚糖与二硫化钼纳米光催化抗菌涂层，能使壳聚糖帮助二硫化钼提高抗菌性的同时，提高二硫化钼的生物活性。

附图说明

图1为实施例1中具有壳聚糖/二硫化钼可见光催化抗菌涂层的钛合金圆片的sem图。

图2-1为实施例2中纯钛圆片与复合涂层包覆钛合金圆片在10min不连续可见光照下对大肠杆菌的抗菌效果图。

图2-2为实施例2中纯钛圆片与复合涂层包覆钛合金圆片在10min不连续可见光照下对金黄色葡萄球菌的抗菌效果图。

图3-1为实施例3中纯钛合金表面大肠杆菌的sem图。

图3-2为实施例3中具有壳聚糖/二硫化钼光催化抗菌涂层的钛合金圆片表面的大肠杆菌的sem图。

图3-3为实施例3中纯钛合金表面的金黄色葡萄球菌的sem图。

图3-4为实施例3中具有壳聚糖/二硫化钼光催化抗菌涂层的钛合金圆片表面的金黄色葡萄球菌的sem图。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1：

250mg二硫化钼与200mg壳聚糖放入研钵中研磨30min，0.5ml的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(离子辅助研磨溶液)加入到研钵中，随后再一直研磨120min，收集研磨产物，依次用丙酮，dmf和1％的乙酸以9000rpm来离心洗涤产物，各洗涤三次，来移除离子溶液和多余的壳聚糖。最后，使沉淀分散在去离子水中，在1800rpm速度离心20min来移除未剥离的mos2，此时得到的壳聚糖/二硫化钼纳米分散系，用去离子水稀释到100ml得到壳聚糖/二硫化钼纳米分散系溶液并储存于4℃下，待用。

将钛合金圆片(直径6mm，厚度2.5mm)砂纸逐级打磨，直到800#，依次在乙醇，去离子水中超声清洗，清洗好的钛片在干燥后用体积比为5:4:1的去离子水/硝酸/氢氟酸混酸溶液刻蚀2min，之后用去离子水清洗，紧接着将刻蚀过的钛合金圆片放入反应釜中，反应釜中盛有配备的naoh溶液，将反应釜放入烘箱中，在80℃下反应2h，制得具有多孔粗糙结构的表面，完成后清洗样品。

向先前配置的壳聚糖/二硫化钼分散系溶液中加入1ml醋酸，5ml乙醇，超声1.5h，磁力搅拌24h，得到的壳聚糖/二硫化钼分散系溶液作为电沉积液，将前述制得的具有多孔粗糙结构的钛合金圆片作阴极，铂片电极作阳极，电极距离为10mm，电压为40v，沉积时间为150s。从电沉积液中取出已经覆膜的样片，用清水喷射样片表面，清除表面吸附的多余物质，放入烘干炉150℃，保持此温度60min，去除水分，得到钛合金表面壳聚糖/二硫化钼光催化抗菌涂层。

实施例2：

250mg二硫化钼与100mg壳聚糖放入研钵中研磨15min，0.5ml的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(离子辅助研磨溶液)加入到研钵中，随后再一直研磨90min，收集研磨产物，依次用丙酮，dmf和0.5％的乙酸以9000rpm来离心洗涤产物，各洗涤三次，来移除离子溶液和多余的壳聚糖。最后，使沉淀分散在去离子水中，在1500rpm速度离心20min来移除未剥离的mos2，此时得到的壳聚糖/二硫化钼纳米分散系，用去离子水稀释到100ml得到壳聚糖/二硫化钼纳米分散系溶液并储存于4℃下，待用。

将钛合金圆片(直径6mm，厚度2.5mm)砂纸逐级打磨，直到800#，依次在乙醇，去离子水中超声清洗，清洗好的钛片在干燥后用体积比为5:2:3的去离子水/硝酸/氢氟酸混酸溶液刻蚀4min，之后用去离子水清洗，紧接着将刻蚀过的钛合金圆片放入反应釜中，反应釜中盛有配备的naoh溶液，将反应釜放入烘箱中，在80℃下反应2h，制得具有多孔粗糙结构的表面，完成后清洗样品。

向先前配置的壳聚糖/二硫化钼分散系溶液中加入1.5ml醋酸，5ml乙醇，超声1.5h，磁力搅拌22h，得到壳聚糖/二硫化钼分散系溶液作为电沉积液，将前述制得的具有多孔粗糙结构的钛合金圆片作阴极，铂片电极作阳极，电极距离为10mm，电压为20v，沉积时间为150s。从电沉积液中取出已经覆膜的样片，用清水喷射样片表面，清除表面吸附的多余物质，放入烘干炉150℃，保持此温度60min，去除水分，得到钛合金表面壳聚糖/二硫化钼光催化抗菌涂层。

实施例3：

150mg二硫化钼与200mg壳聚糖放入研钵中研磨30min，0.5ml的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(离子辅助研磨溶液)加入到研钵中，随后再一直研磨120min，收集研磨产物，依次用丙酮，dmf和1％的乙酸以9000rpm来离心洗涤产物，各洗涤三次，来移除离子溶液和多余的壳聚糖。最后，使沉淀分散在去离子水中，在1800rpm速度离心20min来移除未剥离的mos2，此时得到的壳聚糖/二硫化钼纳米分散系，用去离子水稀释到100ml得到壳聚糖/二硫化钼纳米分散系溶液并储存于4℃下，待用。

将钛合金圆片(直径6mm，厚度2.5mm)砂纸逐级打磨，直到800#，依次在乙醇，去离子水中超声清洗，清洗好的钛片在干燥后用体积比为5:3:2的去离子水/硝酸/氢氟酸混酸溶液刻蚀6min，之后用去离子水清洗，紧接着将刻蚀过的钛合金圆片放入反应釜中，反应釜中盛有配备的naoh溶液，将反应釜放入烘箱中，在80℃下反应2h，制得具有多孔粗糙结构的表面，完成后清洗样品。

向先前配置的壳聚糖/二硫化钼分散系溶液中加入1ml醋酸，5ml乙醇，超声1.5h，磁力搅拌24h，得到的壳聚糖/二硫化钼分散系溶液作为电沉积液，将前述制得的具有多孔粗糙结构的钛合金圆片作阴极，铂片电极作阳极，电极距离为10mm，电压为60v，沉积时间为150s。从电沉积液中取出已经覆膜的样片，用清水喷射样片表面，清除表面吸附的多余物质，放入烘干炉150℃，保持此温度60min，去除水分，得到钛合金表面壳聚糖/二硫化钼光催化抗菌涂层。

实施例4：

150mg二硫化钼与100mg壳聚糖放入研钵中研磨15min，0.5ml的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(离子辅助研磨溶液)加入到研钵中，随后再一直研磨60min，收集研磨产物，依次用丙酮，dmf和0.5％的乙酸以8000rpm来离心洗涤产物，各洗涤三次，来移除离子溶液和多余的壳聚糖。最后，使沉淀分散在去离子水中，在1500rpm速度离心20min来移除未剥离的mos2，此时得到的壳聚糖/二硫化钼纳米分散系，用去离子水稀释到100ml得到壳聚糖/二硫化钼纳米分散系溶液并储存于4℃下，待用。

将钛合金圆片(直径6mm，厚度2.5mm)砂纸逐级打磨，直到800#，依次在乙醇，去离子水中超声清洗，清洗好的钛片在干燥后用体积比为5:4:1的去离子水/硝酸/氢氟酸混酸溶液刻蚀2min，之后用去离子水清洗，紧接着将刻蚀过的钛合金圆片放入反应釜中，反应釜中盛有配备的naoh溶液，将反应釜放入烘箱中，在60℃下反应3h，制得具有多孔粗糙结构的表面，完成后清洗样品。

向先前配置的壳聚糖/二硫化钼分散系溶液中加入1ml醋酸，4ml乙醇，超声2h，磁力搅拌24h，得到的壳聚糖/二硫化钼分散系溶液作为电沉积液，前述制得的具有多孔粗糙结构的钛合金圆片作阴极，铂片电极作阳极，电极距离为10mm，电压为40v，沉积时间为150s。从电沉积液中取出已经覆膜的样片，用清水喷射样片表面，清除表面吸附的多余物质，放入烘干炉150℃，保持此温度60min，去除水分，得到钛合金表面壳聚糖/二硫化钼光催化抗菌涂层。

将实施例1-4中制得的有壳聚糖/二硫化钼光催化抗菌涂层的钛合金圆片，放入96孔板，在其表面加入一定浓度的大肠杆菌菌液，可见激光光照处理5min,10min，再加入磷酸缓冲液，超声处理，从含菌液的磷酸缓冲液中取适量接种到固体琼脂培养基中，观察菌落生长情况，同时将培养细菌后的钛合金圆片的细菌固定，之后在扫描电子显微镜下观察细菌的形貌。

经分析测试，本发明所述的一种壳聚糖/二硫化钼可见光催化抗菌涂层的制备方法制得的产品进行检测后可以得出如下结论：1)对钛合金圆片进行接触角测试，每经过一步处理的钛合金表面接触角均有明显变化；2)没有经过表面改性的钛合金圆片表面的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌细胞膜完整，表现出细菌生长没有受到抑制，具于壳聚糖/二硫化钼纳米可见光催化抗菌涂层表面的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌细胞膜出现了破损或皱缩，表现出了良好的抗菌能力，对大肠杆菌的抗菌效果要优于对金黄色葡萄球菌的抗菌效果，加入二硫化钼的光催化抗菌效果要明显优于仅有壳聚糖涂层的钛表面3)使用离子液体辅助剥离法再用壳聚糖修饰成功能化的二硫化钼片层分散性好，表现出极好的胶体稳定性，壳聚糖/二硫化钼电沉积在钛合金表面后，均匀分布，制备方法简单易行，采用本发明技术制备一种壳聚糖/二硫化钼纳米可见光催化抗菌涂层，设备投入少，消耗资源少，实施难度小。

当然，以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。