一种纳米锌及其绿色合成方法和应用与流程

1.本发明属于化学合成领域，具体涉及一种纳米锌及其绿色合成方法和应用。


背景技术：

2.近年来，为治理保护动物源性食品安全和公共卫生安全，遏制动物源细菌耐药等问题，多省市推进养殖业向“减抗”转型的发展方向；另外，农业方面每年都产生大量的废弃物，但其中大部分没有得到充分利用(尤其是非经济型野生水生植物几乎无人问津)。如何高效、低成本地利用农业废弃物是实现农业废弃物资源化利用的瓶颈问题。纳米锌颗粒具有粒径小、结构稳定的优点，正逐渐被开发用作抗菌、抗病毒药物。但大多数制备纳米锌的制备工艺采用的是化学法、物理法，对环境都有一定的破坏作用。现在的研究热点趋向于利用绿色植物还原法来合成纳米锌颗粒，本发明主要是利用广泛分布的野生水生植物水花生采用绿色还原法制备纳米锌颗粒，并对其大小及其抗微生物效果(常见动物病原)进行研究，为其市场化应用做基础铺垫。
3.现有技术多采用化学还原的反应方式，其中采用的稳定剂一般为c2
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c6低级醇或带有羟基的水溶性高聚物，还原剂一般为葡萄糖、抗坏血酸、甲醛或硼氢化钠；比如陆鹏等利用一种高分子多糖
‑
葡聚糖作为稳定剂和软模板，将zn(ch3coo)2·
2h2o置于氨水体系中60℃恒温水浴1h，合成了粒径为70nm左右的纳米氧化锌。王山玉等先后采用二氧化氯15～25份，纳米锌8～12份，壳聚糖8～12份，硫酸氢钠1～4份，生姜提取液2.5～4.5份，芦荟提取液3～6份，柠檬酸3.5～5.5份，稳定成型剂2～5份，干燥剂1.5
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3.5份，防腐剂0.5～1.5份和去离子水10～16份；二氧化氯10～30份，纳米锌5～15份，碳酸氢钠2～6份，高锰酸钾2～6份，稳定剂3～6份，青霉素、万古霉素各5份，蒲公英汁2
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6份，100份去离子水；在反应釜中分别合成了二氧化氯纳米锌消毒抑菌片以及消毒抑菌溶液。徐良提出了以0.1～10重量份锌盐、40～85重量份稳定剂、1～10重量份表面活性剂、0.5～5重量份还原剂为配方的纳米锌抗菌复合物制备方法。王山玉等的发明方法中也并非采用纯天然的植物还原剂，其中还直接添加了纳米锌粉；这些化学物质不能保证对环境无害，而且在实际操作过程中，工艺相对复杂，安全性无法得到有效保障(高锰酸钾、二氧化氯)；此外，生产成本也无法进一步降低(有的须反应釜、有的须恒温搅拌)，不适宜大规模工业化生产。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明所要解决的技术问题是一种纳米氧化锌颗粒及其绿色合成方法。
5.本发明还要解决的技术问题是提供了纳米氧化锌颗粒在制备抗病毒药物中的应用。
6.技术方案：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种纳米氧化锌颗粒的绿色合成方法，包括以下步骤：
7.1)称取干燥的水花生，剪碎，加水加热煮沸，冷却后采用滤膜进行抽滤得到水花生
提取物；
8.2)将硝酸锌溶液与水花生提取物混匀，微波炉高火加热至沸腾再冷却，重复间断加热；待反应物冷却至室温，收集反应液离心，取底部沉淀用水清洗；
9.3)收集沉淀，马弗炉灼烧得到纳米氧化锌颗粒。
10.其中，所述步骤1)中的水花生与水的固液比为10～100g/l。
11.其中，所述步骤1)的滤膜的0.2～0.45μm。如果滤膜的直径过低获得的产量较低，如果滤膜的直径过高，那么水花生可能溶解不完全。
12.其中，考虑经济成本和还原效果，所述步骤2)的硝酸锌溶液的浓度0.01m/l～1m/l。
13.其中，所述步骤2)的酸锌溶液与水花生提取物的体积比为1∶1～1∶20。
14.其中，所述步骤3)的马弗炉的灼烧温度为200～400℃，如果灼烧温度过低可能灼烧不完全，如果灼烧温度过高能源消耗大。
15.本发明内容还包括所述的合成方法得到的纳米氧化锌颗粒。
16.本发明内容还包括所述的纳米氧化锌颗粒在制备抗病毒药物方面的应用。
17.其中，所述病毒为猪繁殖与呼吸综合征病毒prrsv。
18.有益效果：相对于现有技术，本发明具备以下优点：
19.1、环境友好：本发明采用的植物还原剂为水花生，该物种全草入药，有清热利水、凉血解毒作用；本物种原产巴西，为中国外来入侵物种初步名单，将其开发作为植物还原剂不仅可以有效解决以往化学还原法中化学物质处理的难题，还可以对生态入侵物种加以综合利用，提高生态环境效益。
20.2、工艺简单：本发明涉及的主要核心工艺为微波辅助加热合成技术，在确定好反应体系的条件下，采用微波加热加速反应合成，提高了生产效率，为工业化规模生产提供了便利。
21.3、成本可控，仅需提供硝酸锌化学纯试剂，其余采用去离子水作为助溶剂即可，生产价格低廉。
22.4、对猪繁殖与呼吸综合征病毒prrsv有一定的抗病毒作用，可进一步开发作为新型兽用消毒剂产品。
附图说明
23.图1、纳米氧化锌颗粒的制备流程图；
24.图2、纳米氧化锌颗粒的紫外可见吸收光谱扫描；
25.图3、纳米氧化锌胶体悬浊液；
26.图4、纳米氧化锌sem电镜表征图；
27.图5、纳米氧化锌能谱扫描图；
28.图6、纳米氧化锌能谱扫描图；
29.图7、纳米氧化锌能谱扫描图；
30.图8、对比例1的纳米氧化锌sem电镜表征图；
31.图9、对比例2的纳米氧化锌sem电镜表征图。
具体实施方式
32.下面结合实施实例详细说明本发明的技术方案，并不意味着对本发明的限制。
33.实施例1纳米氧化锌颗粒的制备
34.步骤1：精确称取15g干燥的水花生，剪碎，放于装有250ml水的烧杯中，电磁炉加热煮沸1h，冷却后采用0.45μm滤膜进行抽滤，并用水补齐至250ml；
35.步骤2：将50ml现配的0.2m/l硝酸锌溶液与250ml水花生提取物混匀，微波炉高火加热至沸腾再冷却，重复间断加热至1h；待反应物冷却至室温，收集反应液10000r/min离心20min，取底部沉淀用水清洗两遍；
36.步骤3：收集沉淀，马弗炉400℃灼烧6h，得到纳米氧化锌颗粒。
37.对制备的的纳米氧化锌颗粒进行紫外可见吸收光谱扫描，在260nm处有一最大吸收峰，与此前的报道相同，参见图2。
38.本发明的纳米氧化锌颗粒的悬浊液出现了丁达尔现象，参见图3。
39.本发明的纳米氧化锌颗粒的sem电镜表征图参见图4，呈现六棱形颗粒。
40.本发明的纳米氧化锌颗粒的能谱扫描图参见图5～7和表1～2。
41.表1
42.谱图1
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元素线类型重量百分比wt％sigma原子百分比ok线系30.680.2664.39znl线系69.320.2635.61总量 100.00 100.00
43.表2
44.谱图2
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元素线类型重量百分比wt％sigma原子百分比ok线系28.870.3262.38znl线系71.130.3237.62总量 100.00 100.00
45.本发明可根据能谱扫描对样品的元素组成进行半定量分析，由图5～7可知颗粒中含有zn和o两种元素，印证了纳米氧化锌颗粒的存在。
46.对比例1纳米氧化锌颗粒的制备
47.步骤1：精确称取6g伊乐藻在100ml去离子水中高温蒸煮30min得到植物提取液；
48.步骤2：将0.2m硝酸锌与植物提取液按体积比1∶1混合，微波炉高火加热至沸腾再冷却40min；
49.步骤3：收集沉淀，马弗炉400℃灼烧6h，得到纳米氧化锌颗粒。
50.本对比例1制备的纳米氧化锌颗粒其sem电镜表征图如图8所示，形状不规则，大部分为沉淀颗粒。
51.对比例2纳米氧化锌颗粒的制备
52.步骤1：精确称取8g伊乐藻在100ml去离子水中高温蒸煮30min得到植物提取液；
53.步骤2：将0.1m硝酸锌与植物提取液按体积比1∶10混合，微波炉高火加热至沸腾再冷却20min；
54.步骤3：收集沉淀，马弗炉400℃灼烧6h，得到纳米氧化锌颗粒。
55.本对比例2制备的纳米氧化锌颗粒其sem电镜表征图如图9所示，形状不规则，大部分为沉淀颗粒。
56.实验例 实施例1制备的纳米锌抗病毒的研究
57.1、纳米氧化锌对细胞的安全浓度测定
58.取适量纳米氧化锌干粉采用dmso超声20min后配成一系列不同浓度的测试液，检测其对marc
‑
145细胞的安全性。37℃、5％co2培养72h后，弃去药液，采用mtt法测定细胞存活率，并计算生长抑制率(刘云，朱善元，龚祝南，等.龙胆草及其提取物体外抗猪繁殖与呼吸综合征病毒作用的研究[j].中国畜牧兽医，2019，46(11)：3449
‑
3456.)。以抑制率为0作为试验终点，判定药物对细胞没有毒性作用，从而确定药物的最大安全浓度为120μg/ml。
[0059]
2、纳米氧化锌抗病毒性能检测
[0060]
体外抗病毒试验在96孔平底板上操作。以两倍纳米氧化锌最大安全浓度为起始浓度，用培养液对药液进行2倍梯度稀释，共设4个浓度，每浓度8孔重复，病毒悬液稀释度为100tcid50(半数细胞感染量)，每板设细胞对照和病毒对照组。待marc
‑
145细胞培养形成单层后，弃去培养液，按以下3种药物作用方式给药：
①
暴露前预防：每孔先加入100μl配制好的药液孵育4h，弃去药液再接种100μl100tcid50病毒液共培养2h；
②
暴露后阻断：先以100μl100tcid50的病毒侵染marc
‑
145细胞2h，再加入100μl不同浓度的药液混合培养4h；
③
直接杀灭：将50μl病毒悬液和50μl药液同时加入marc
‑
145细胞培养4h。将处理完的细胞置于5％co2、37℃下培养，每天显微观察细胞损伤现象。保护率测定公式具体参照秦枫等(秦枫，刘云，夏文龙，等.3种半边莲提取物体外抗猪繁殖与呼吸综合征病毒的作用研究[j].河南农业大学学报，2020，54(3)：462
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470.)的方法。
[0061]
不同处理方式下绿色合成纳米氧化锌颗粒对prrsv的抑制率(％)
[0062]
剂量(μg/ml)暴露前预防暴露后阻断直接杀灭12033.1267.8565.386012.0726.9035.64301.517.7426.4515/3.6116.18
[0063]
上述对比例1
‑
2中制备的材料不能溶解，因此无法进行上述抗病毒实验。本发明的水花生产生的胶体悬浊液有效解决了当前纳米金属颗粒溶解性问题，发挥了较好的疗效。本发明的纳米锌抗病毒效果：对prrsv的阻断和杀灭作用较强，预防作用较弱。