[发明专利]一种具有表面修饰纳米结构阵列的多孔材料及其应用

说明书

本发明公开了一种具有表面修饰纳米结构阵列的多孔材料及其应用，多孔材料，包括：多孔材料基底，以及于所述多孔材料基底上原位构筑的纳米结构阵列；其中，在所述纳米结构阵列的纳米结构表面设置表面修饰层，所述表面修饰层用于增加所述纳米结构对微生物的粘附力。所述多孔材料应用于消毒，包括：将具有表面修饰纳米结构阵列的多孔材料置于流动的流体中，使流体以过滤式的流态从纳米结构阵列的缝隙中穿梭流过，在穿梭流动的过程中，微生物与纳米结构接触，通过流体产生的流场力和纳米结构对微生物的粘附力对微生物产生撕扯而使微生物被物理破碎来实现消毒。

技术领域

本发明涉及微生物风险控制领域，具体涉及一种具有表面修饰纳米结构阵列的多孔材料及其在消毒方面的应用。

背景技术

传统消毒技术(如氯、臭氧、紫外消毒及高温高压灭菌等)面临有毒有害副产物生成、能耗大及细菌复活等问题，为了控制环境风险、保证用水健康，亟待开发新型的安全高效的消毒技术。纳米材料的机械抑菌效应被认为是一种理想的控制微生物风险的方式。纳米结构与细菌接触过程中，可使细胞膜发生变形或者穿刺，直至细菌丧失完整细胞膜结构进而死亡。然而，细菌小尺度、高曲率的特性使得纳米材料施加的内向应力得以分散，细胞膜的流动性使细菌在轻微损伤的情况下能够实现自愈。因此，已报导的机械抑菌效应通常需要长达数小时的接触时间或者借助额外的表面能才能实现较为显著的抑菌效果。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提出一种具有表面修饰纳米结构阵列的多孔材料，通过改变纳米结构与微生物的作用方式来达到对微生物的物理破碎，以解决现有的机械抑菌方式存在的抑菌效果不明显、接触时间较长等问题。

为达上述目的，本发明的一方面提出如下技术方案：

一种具有表面修饰纳米结构阵列的多孔材料，包括：多孔材料基底，以及于所述多孔材料基底上原位构筑的纳米结构阵列；其中，在所述纳米结构阵列的纳米结构表面设置表面修饰层，所述表面修饰层用于增加所述纳米结构对微生物的粘附力。

进一步地，所述纳米结构呈细长状。

进一步地，所述纳米结构阵列为纳米尖锥阵列、纳米线阵列或纳米柱阵列。

进一步地，所述纳米结构的轴向高度为5～10μm，径向尺寸为100～200nm。

进一步地，所述表面修饰层为包覆在所述纳米结构表面，且不改变纳米结构形貌的一粘附层。

进一步地，所述粘附层的厚度为5-15nm

进一步地，所述粘附层为碳膜、明胶或多聚赖氨酸。

本发明的另一方面提出一种具有表面修饰纳米结构阵列的多孔材料的应用，所述应用是将前述的具有表面修饰纳米结构阵列的多孔材料应用于对流体进行杀菌消毒；所述杀菌消毒是在所述纳米结构与流动流体接触过程中，通过流体产生的流场力和纳米结构对微生物的粘附力对微生物形成撕扯而使微生物被物理破碎来实现。

进一步地，将所述多孔材料置于流动的流体中，使流体以过滤式的流态从所述纳米结构阵列的缝隙中穿梭流过，在穿梭流动的过程中实现所述杀菌消毒。

本发明通过对纳米结构阵列进行表面修饰来达到对微生物比如细菌的短暂粘附，在粘附力作用于细菌的同时，通过流体流动产生的流场力对细菌的高曲率表面施加外向的拉应力来达到对细菌的撕扯，使细菌细胞膜发生不可逆的物理破碎，进而达到消毒杀菌的效果。与传统的基于纳米材料的机械抑菌效应进行消毒的方式相比，本发明的这种利用具有表面修饰纳米结构阵列的多孔材料进行消毒杀菌的方式具有如下优势：