[发明专利]用于除去多种微生物的经官能团改性并在其表面吸附柠檬酸提取物的纳米颗粒二氧化钛纳米材料

说明书

技术领域

本发明涉及中药提取物与水果提取物的混合物的合成和制备，以及其在经官能团改性的二氧化钛纳米材料上的吸附，其通式为E/M_aO_2(c)(OH)_v(PO₄)_w(SO₄)_xCl_y(NH₂)_z，其中E为获自葡萄柚、柠檬、橘子及其它柑橘类提取物的多元溶液，并且M为钛。基体粒度、酸度、基体平均孔径和粒度是在合成期间进行控制的。本发明的纳米材料用于灭活病毒、除去细菌、分支杆菌、真菌和孢子。本发明旨在使用这些纳米颗粒对生物表面进行杀菌和消毒，并且其不限于特定应用领域。

背景技术

从刚开始的时候，人类尝试改变物质，并且最近，科学家获得了操纵物质的能力，在日常生活中，科学家通过用纳米技术在原子和分子尺度上操纵材料的能力由科幻演变为科学现实。目前，为了预防、诊断和治疗传染性疾病，已经开发了纳米技术，并且一些产品即将进入临床试验阶段。该领域呈指数进步(1-6)。交叉学科纳米科学与包括化学家、物理学家、生物学家和工程师的研究者致力于开发合成纳米材料的生态和可持续方法的必要性。在环境友好性材料和工艺的设计中，存在整合绿色化学方法的令人兴奋的趋势。旨在生物活性和纳米药物应用的生物相容性混合氧化物或金属纳米材料和单一双金属氧化物的合成及其表面改性进步迅速。作为纳米技术和生物技术交叉的新兴终点，纳米颗粒的生物合成已引起越来越多的关注，原因是越来越有必要开发关于材料合成的环境友好技术。已发现作为试剂的生物分子显著优于作为保护剂的等效分子(7-13)。

材料性能可在其粒度减小至纳米尺度时发生显著改变。在材料科学中，“颗粒”是描述尺寸为原子尺度(10^-10m)至显微尺度(10^-3m)的较小固体物质的通用术语。然而，通常见到的粒度为10^-9m至10^-5m。大颗粒(>10^-6m)通常称为晶粒(即沸石、碳、Raney金属)并且通常添加小颗粒(<15nm)的混合(金属)氧化物，即TiO₂-SiO₂、TiO₂或SiO₂(14-20)。所有材料由纳米颗粒团聚形成的晶粒(颗粒)组成。

在常规材料中，晶粒的尺寸为100微米至毫米(mm)，而纳米材料颗粒在十亿分之一米(10^-9)范围内。人类毛发的平均直径为约一纳米。原子半径为1至3埃并且一纳米等于纳米材料在高温下为刚性、抗耐性和可延展的固体，其抗降解、侵蚀和腐蚀，并且极具化学活性。每种纳米材料或纳米颗粒材料的物理和化学性质由化合物类型和纳米材料通过其进行官能化的相互作用决定；因此网络中的电子密度和羟基浓度在致病DNA的断裂中起重要作用。

纳米材料的重要性增加的领域之一是杀菌领域，其中将获得具有良好限定形状和尺寸的颗粒分布以改善杀菌活性。特别地，有必要获得其中大部分原子位于表面的高度分散颗粒。所述结构包括实面积、孔径以及孔的形状和体积。这些参数也是重要的，原因是其造成微生物杀菌率的增大。表面上官能团的吸附使得其对病原微生物具有选择性，并且柑橘类提取物的吸附赋予其杀菌能力。

虽然活性可直接涉及材料和生物之间的总接触面积，但是表面的确定被认为是所述材料特征的重要要求。此外，有必要指定孔结构的性质，原因是其负责控制试剂和产物的输送。

二氧化钛可以以三种晶相天然存在：锐钛矿、金红石和板钛矿(图2)。锐钛矿和板钛矿可在高温下转化为金红石。锐钛矿可通过加热不可逆地转化为金红石。几种因素导致相改变，例如粒度、晶体形态，尤其是离子对网络中毒的影响。文献引用三相之一锐钛矿，因其具有较高化学稳定性和耐腐蚀性，对生物试剂呈惰性并具有较高的比表面积。然而，商用二氧化钛为含有60％至80％锐钛矿的混合物(Degussa P25)。获得锐钛矿的唯一问题在于金红石在热力学上更稳定。锐钛矿和金红石结构为四面体，而板钛矿为斜方晶，每个钛原子与约6个几乎等距的氧原子结合，并且每个氧原子与三个钛原子结合。

被证明高效针对这些及其它微生物的对灭活病毒和杀死细菌、分支杆菌、支原体、真菌、原生动物和孢子具有特定作用的杀菌剂和抗菌剂的需求日益增大。