[发明专利]一种负载锌掺杂氧化铜多刺抗菌材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种负载锌掺杂氧化铜多刺抗菌材料及其制备方法和应用，属于生物功能材料制备领域。

背景技术

近年来，由于细菌和耐药机制的多样性，细菌感染仍然是威胁公众健康的主要问题之一。其中大肠杆菌（革兰氏阴性菌）和金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性菌）已经表现出显著增加的抵抗现有抗生素类药物的抗药性。氧化石墨烯（GO）是一种具有强氧化性和高亲水性的片层状材料。因其具有较好的生物相容性、较大的比表面积、良好的电导率以及高化学和热稳定性而被认为是极具前景的二维材料。同时，Fan等人研究报道称基于氧化石墨烯的抑菌纸表现出对哺乳动物有最小的细胞毒性（W. Hu, C. Peng, W. Luo, D. Li and C. Fan, ACS nano, 2010, 4, 4317）。Elimelech等人提出氧化石墨烯锋利的边缘和较高的膜压力（F. Perreault, S. Nejati and M. Elimelech, ACS nano, 2015, 9, 7226），细菌与之接触时便会凋亡（V. T. Pham, V. K. Truong, M. D. Quinn, V. A. Baulin and E. P. Ivanova, ACS nano, 2015, 9, 8458）。尽管氧化石墨烯在抗菌方面表现出一定的潜力，但氧化石墨烯在应对耐多药微生物时表现不足，单纯氧化石墨烯的抑菌效果也不尽如人意。

在目前已知的诸多抗菌材料中，金属氧化物，如氧化镁、氧化钛和氧化钙等由于其价格合理和效果良好因而在临床及保健品中已有所应用。但纳米金属氧化物抗菌剂在体内的一般作用机制是未知的，其中增强的金属离子释放、诱导的氧化应激、活性氧（ROS）的释放、静电相互作用等等正在研究中。同时有研究发现，掺杂金属氧化物如锌掺杂的氧化铜（Zn-CuO）由于其增加晶体结构的缺陷促进其高效产生活性氧并成为一种较有前景的高效抗菌剂。Gedanken等人研究表明新型锌掺杂氧化铜纳米复合材料对根除多重耐药性细菌（Eradication of Multi-Drug Resistant Bacteria by a Novel Zn-doped CuO Nanocomposite，Small, 2013, 9, 4069-4076.）和抗生物膜、抗菌活性的抗变形链球菌有较好的效果（A Zn-Doped CuO Nanocomposite Shows Enhanced Antibiofilm and Antibacterial Activities Against Streptococcus Mutans Compared to Nanosized CuO ，Adv. Funct. Mater., 2014, 24, 1382-1390），从而证实了锌掺杂氧化铜的高效抗菌性能。

在此，本专利提出一种抗菌性能显著增强的氧化石墨烯负载的多刺锌掺杂氧化铜纳米复合材料（Zn-CuO@GO）的制备方法，通过超声化学原位生成多刺颗粒负载于氧化石墨烯上，使得氧化石墨烯从原有二维转变为三维立体结构，并保留了锌掺杂氧化铜的多刺结构。同时，掺杂后的纳米复合材料大大提升了对抗耐药的细菌菌株的能力，材料可以通过多刺结构刺破细菌膜层，破坏膜层的渗透平衡并促进细胞质内脂质分子的破坏性泄漏从而造成细菌凋亡。通过多刺锌掺杂氧化铜纳米颗粒和氧化石墨烯纳米片联合抗菌作用，本材料能够加速细菌细胞凋亡并在10 min内可以产生高达99%的灭菌效率。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种制备氧化石墨烯负载锌掺杂氧化铜多刺纳米复合材料的方法。本材料表面刺状物可以刺破细菌膜层，同时氧化石墨烯的引入大大增加了材料的抗菌性能，促使细菌细胞质的泄漏，从而极大地提高抗菌效率。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

S1：将醋酸铜和醋酸锌充分溶解于双蒸馏水中，所述醋酸铜和醋酸锌总浓度为0.01-0.02mol/L；

S2：向步骤S1中加入乙醇，获得一定乙醇/水体积比的溶液；

S3：向步骤S2中加入一定量的氧化石墨烯，随后超声处理得到分散均匀的溶液；

S4：向步骤S3中缓慢滴入（28-30 %）氨水调节溶液的pH值至8，调节超声波功率为500-750W，超声反应40-60min，后经离心、双蒸馏水和乙醇逐次洗涤、真空干燥后即可得到所述多刺纳米复合材料。

进一步的，步骤S1所述醋酸铜和醋酸锌的摩尔比为3:1。

进一步的，步骤S2中所述乙醇与双蒸馏水的体积比为9:1。