[发明专利]氧化石墨烯/溶菌酶抗菌纳米复合薄膜材料、其制备方法及作为抗菌材料的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化石墨烯/溶菌酶抗菌纳米复合薄膜材料、其制备方法及作为抗菌材料的应用。

背景技术

复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性而被广泛应用于航空航天、国防、医疗、交通、体育等领域；有机/无机纳米复合材料是其中最具吸引力的部分，它能够兼具有机物与无机物的一些优良性质(例如有机材料的多功能性以及无机材料优良的物理学特性)、在纳米尺度上对结构进行有效的调节，进而获得更加优异的性能和广阔的应用前景，因此近年来受到了广泛的关注。

在分子水平上制备有机/无机多层复合薄膜材料，将不同种类和功能的物质按照不同需要进行不同顺序的组装，每一个单层的厚度可以小至几个到几十个埃，这些特性赋予了纳米复合多层膜更多、更新的功能。这种特殊形态与结构的组装体因其高度有序性和微结构的可调控性在微电子学、光学等许多领域取得了令人瞩目的成就，具有光明的发展前景。

有机/无机多层复合薄膜材料的一个重要的发展方向，是将具有生物活性的蛋白质分子与无机物成分混合，制备成复合薄膜；借助其中无机物成分帮助有机物分子实现“位置稳定”及“结构支撑”的作用，以实现蛋白质的生物学功能。

传统的用来搭载蛋白质等有机物分子的材料是“碳基”矿物质，例如蒙脱石、高岭土等，这些碳基材料由于其生物学适应性、良好的机械性能和便宜的价格等因素，一直被作为主要的原料用于化学、生物学等领域的“包裹”、“搭载”等用途。后来，随着碳纳米管合成技术的出现和成熟，碳纳米管逐渐被大量的应用于复合材料的制备领域。相对于其它的碳基材料而言，碳纳米管具有自身显著的优势。它具有更好的机械学性能和化学稳定性，不容易和绝大多数的介质发生反应。然而，碳纳米管也具有其自身的缺点。首先，碳纳米管的长度大多在几百微米范围内，就目前的合成技术而言，很难突破这一局限；其次，碳纳米管的可控制性较差，这就导致我们很难获得大尺寸范围内连续的、取向良好的复合材料；第三，碳纳米管相对周围介质具有很强的化学稳定性，碳管与介质之间只存在范德瓦尔斯相互作用，这种作用力很弱，会导致二者之间界面滑移的发生，所获得的复合材料结构不稳定。这种种缺点极大地限制了碳纳米管在复合材料领域的应用范围。因此，一种与生物分子结合性更强且可控性更好的原材料一直是材料学家们寻找的对象。

传统的制备有机/无机复合多层膜的方法，主要有以下几种。

(1)分子/原子层气相沉积法。它一般是利用大型仪器的辅助，在高真空或高温等极端条件下，将固态的原材料熔化后，逐层沉积到固体基底上。过去这种方法常被用于制备无机薄膜材料，最近它也被应用在有机/无机复合多层膜的制备上。例如，曾有研究组报道，他们用逐层沉积的方法在基底上依次沉积有机分子多层及无机原子多层，最终制备了不同厚度的有机/无机复合多层膜材料。这种方法制备的薄膜材料可控性强、取向性好，但是实验条件苛刻，对实验仪器、实验材料等都有严格的要求，成本较高。

(2)电化学沉积法。用电化学沉积法制备有机/无机多层膜，一般是在电解质溶液中利用外加电场，在导电的基底上实现材料生长，最终形成复合多层膜结构的方法，它是最近几年发展起来的一种复合材料制备技术。电化学沉积法能够控制膜的厚度、组分的厚度和微结构，从几纳米到几十微米的范围内能够保证膜的有序性，得到高度有序的复合多层膜结构，然而它对原材料的带电性质有一定的要求。

(3)Layer-by-Layer逐层自组装技术，它的原理是，将某种具有特定表面基团的基片浸入含有功能分子的溶液中，通过固液界面化学反应，在基片表面上通过化学键(离子键、共价键、氢键等)、范德华力、偶极-偶极相互作用等形成超薄膜。LbL逐层组装技术方法简单成本低廉，可控性比较好，能够在分子尺度上对膜的厚度进行控制，因此可用于制备光学薄膜等。但是，它也具有自身的一些缺点。例如，随层数的增加，膜的无序度会大大增加，因此用这种方法制备的复合薄膜总厚度很薄(一般厚度在100纳米的范围内)，对各组分(例如纳米颗粒等)的有序性难以有效的调节和控制等。

(4)基于表面活性剂分子的共组装法，它是基于表面活性剂分子的自组装能力而产生的方法，常用的有LB膜法(逐层提拉法)，旋涂法(Spin coating)，Dip coating法，溶液浇铸法(Solutioncasting)等。它们都是源于含有一定浓度表面活性剂分子的混合溶液。随着溶剂的挥发，表面活性剂的浓度增大，最终将自组装形成固态多层结构，溶液中的其它组分将保留在层间，形成复合结构。