[发明专利]氧化锌-氧化石墨烯复合纳米材料的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米材料制备及应用，特别是涉及一种以氧化石墨烯为载体的纳米复合材料制备及应用，应用于纳米无机材料、抗菌应用和细胞毒理学技术领域。

背景技术

随着21世纪环境污染的日益严重，病原微生物成为威胁人类健康的重要因素之一。然而一些传统的杀菌剂存在毒性大、细菌抗药性等问题，因而开发新型绿色抗菌材料的研究迫在眉睫。

ZnO本身具备良好的抗菌特性，对革兰氏阴性菌和阳性菌都有抑菌效果。当ZnO尺寸降到纳米级时，其抗菌活性呈增强趋势。随着纳米材料的制备和应用的发展，纳米ZnO材料被发现具有优于常规ZnO的性能。纳米ZnO材料抗菌效果比氧化锌更佳。纳米ZnO由于容易吸附在细菌表面，破坏细胞壁，影响细胞生长；纳米ZnO释放锌离子，引起自由基增加，导致细菌死亡。此外，ZnO纳米颗粒会吸附在细胞壁表面上并引起絮沉。然而纳米ZnO抗菌材料的问题在于：有效抗菌浓度下也会引起其他细胞的损伤甚至死亡；具有大比表面积的ZnO纳米材料容易团聚，削弱其抗菌能力。

新兴的纳米材料氧化石墨烯GO具有大量的含氧基团，大的比表面积、强大的离子交换能力的特点，这些特点赋予了其良好的复合能力。以GO作为载体所制备的GO复合纳米材料显示出了良好的稳定性、分散性和生物相容性。最新研究表明GO也可以通过破坏大肠杆菌的细胞膜在一定程度上抑制细菌的生长，但其抑菌效果尚不够理想。

发明内容

为了解决氧化锌分散性差，在氧化石墨烯上负载时粒径难以控制的现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种氧化锌-氧化石墨烯复合纳米材料的制备方法及应用，结合纳米ZnO和GO二者的特性，制备新型的绿色抗菌材料ZnO/GO复合物。本发明制备方法简便，成本低廉，抗菌效果好，生物毒性低。复合纳米材料的抗菌性能和生物安全性分别通过对细菌生长的抑制作用和对细胞的毒性来验证，实现安全有效抗菌的目的。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种氧化锌-氧化石墨烯复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：以可溶的二价锌离子为锌源，与氧化石墨烯和碱液一同作为反应物，按照锌离子和氧化石墨烯的质量配比为(1～3):1的质量配比形成溶质组合物，以醇为溶剂，形成反应溶液混合体系，使反应溶液混合体系的溶质组合物之间进行一步法反应，使反应溶液混合体系中的碱液逐步电离出的OH^-与Zn²⁺形成Zn-OH复合体，再与氧化石墨烯的含氧基团充分接触，结合到氧化石墨烯的表面，反应溶液混合体系在不高于80℃条件下，使Zn-OH复合体脱氢成为ZnO，形成的氧化锌晶核均匀负载在氧化石墨烯表面，一步法反应时间为30 min～5 h，反应结束后，将反应溶液混合体系冷却至室温，再向反应溶液混合体系中加入相当于反应溶液混合体系体积2倍以上的正己烷，在4℃的环境中静置沉降过夜，然后弃去上清液后，用离心和洗涤方法对底物进行纯化，干燥后，最终得到氧化锌-氧化石墨烯复合纳米材料，负载在氧化石墨烯表面的氧化锌纳米颗粒的粒径为（2～200）nm。

本发明优选通过改变反应物的各组分比例和一步法合成反应时间，实现对氧化锌纳米颗粒尺寸和氧化锌在氧化石墨烯表面的负载量的控制。

作为本发明上述技术方案优选的技术方案，采用二水合醋酸锌提供锌离子，按照二水合醋酸锌和氧化石墨烯的质量配比为(4～9):1的质量配比形成溶质组合物，以醇为溶剂，形成反应溶液混合体系。

作为本发明上述技术方案优选的技术方案，一步法反应结束后，将反应溶液混合体系冷却至室温，再向反应溶液混合体系中加入相正己烷，在4℃的环境中静置沉降过夜。

本发明还提供一种通过本发明制备方法得到的氧化锌-氧化石墨烯复合纳米材料的应用，以可溶的二价锌离子为锌源，与氧化石墨烯和可溶性氢氧化物一同作为反应物，按照按照锌离子和氧化石墨烯的质量配比为(1～3):1的质量配比形成溶质组合物配比比例形成溶质组合物，以醇为溶剂，形成反应溶液混合体系，反应溶液混合体系在不高于80 ℃条件下，进行一步法反应，反应时间为30 min～5 h，得到氧化锌纳米颗粒的粒径为（2～200）nm的氧化锌-氧化石墨烯复合纳米材料，能有效抑制细菌生长，并导致细菌死亡。

采用上述氧化锌-氧化石墨烯复合纳米材料制备的分散液，作为杀菌剂的剂量优选为2.5～10.0 μg/mL时，在12 h以内能安全并有效抑制大肠杆菌生长，并导致细菌死亡。