一种铜纳米粒子负载聚多巴胺修饰的片状MoS2纳米抗菌剂及其制备方法和应用与流程

一种铜纳米粒子负载聚多巴胺修饰的片状mos2纳米抗菌剂及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于抗菌材料技术领域，涉及新型无机抗菌材料，具体涉及一种铜纳米粒子负载聚多巴胺修饰的片状mos2纳米抗菌剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着科技的发展和进步，细菌感染愈发被认为是引起感染性疾病的重要原因之一，同时抗生素滥用的情况也随之日益严重，导致各种具有耐药性的“超级细菌”的产生。世界卫生组织最新数据显示，每年全球约70万人死于“超级细菌”感染；同时，世界卫生组织估计，到2050年这一数字可能会到达1000多万。因此，开发一种高效、安全、无耐药性的抗菌剂愈发迫切。由于大多数有机抗菌剂存在热稳定性欠佳、寿命短和污染环境等缺点。研究者逐渐将目光投向包括纳米颗粒在内的新型无机抗菌剂。
3.近年来，随着纳米技术的不断发展，出现了一批种类繁多的新型无机纳米抗菌材料，为治疗耐药菌感染带来了新的契机。过渡金属硫化物作为石墨烯之后又一新兴的二维纳米材料，具有独特的理化性质和优异的细胞相容性，近年来被广泛关注。其中，二硫化钼(mos2)是一种通过弱范德华力共价键合x-m-x夹层材料的过渡金属双卤代烷(tmds)。作为一种二维(2d)层状纳米材料，mos2因具有优异的光学和电子性能、机械性能、光催化和光热学性能等特性而受到越来越多的关注。此外，mos2可通过接触诱导的膜应激和氧化应激抑制微生物的生长，具有潜在的抗菌作用。前人研究表明，通过减少mos2的片层数目，其带隙由间接带隙(1.2ev)变为直接带隙(1.8ev)，间接带隙到直接带隙的转变使mos2纳米材料产生了非常有效的光催化作用。与此同时，mos2具有表面积大，表面吸附能力强等优点，且mo是细胞中几种酶的必需微量元素，s是一种常见的生物元素，因此，二硫化钼具有较低的细胞毒性和基因毒性，这使得mos2成为生物应用的理想候选材料。同时，该材料作为一种窄禁带半导体材料，稳定性好，同时也拥有红外光热、催化氧化等性能，具有纳米模拟酶的潜质，使其在抗菌领域拥有一定的潜力。多年来，铜纳米粒子不仅作为一种有前途的抗菌药物而受到关注，而且还被用于纺织品、液体和人体组织的杀菌。据研究发现，pda拥有优秀的生物相容性，可以与金属离子发生结合等特性，由于该特性，可以用于材料的降毒，同时，由于其生物可降解性，可以用于药物运输等领域，其可以与金属离子发生结合，则为cu的小尺寸均匀生长提供了可能性。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种铜纳米粒子负载聚多巴胺修饰的片状mos2纳米抗菌剂及其制备方法和应用，实现小尺寸cu纳米颗粒和mos2光驱动效应协同抗菌，抗菌性能好，制备方法简便、成本低。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种铜纳米粒子负载聚多巴胺修饰的片状mos2纳米抗菌剂的制备方法，包括以下
步骤：
7.步骤一、按原子物质的量比3:7称取钼源及硫源分散至去离子水中，搅拌至溶解，超声分散得到透明溶液，其中固体与去离子水的质量体积比为(1～1.2)g：(220～240)ml；
8.步骤二、将步骤一制备的透明溶液转移至聚四氟乙烯内衬中置入水热釜中在烘箱中180～220℃温度条件下反应20～24h，反应结束后分离沉淀物进行洗剂、离心，得到mos2纳米片，烘干、备用；
9.步骤三、按质量比1:0.5～1.0取所得mos2纳米片与盐酸多巴胺分散至三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲液中，固体与缓冲液的质量体积比为(1～1.2)g：(300～500)ml，超声得到混合溶液a；
10.步骤四：将混合溶液a在避光条件下反应6～8h，反应结束后分离沉淀物进行洗涤、离心，制得pda@mos2复合材料，烘干、备用；
11.步骤五、按质量比1:10取pda@mos2与铜源混合分散至无水乙醇中，其中铜源与无水乙醇的质量体积比为(1～1.25)g∶(200～250)ml，搅拌至溶解，超声分散得到混合溶液b，将所得混合溶液b搅拌反应1.5～2.5h后，静置11～13h得到反应前驱体溶液；
12.步骤六、按质量体积比1g:(220～250)ml将还原剂一水次亚磷酸钠分散至无水乙醇中，搅拌直至溶解得到还原剂溶液；
13.步骤七、将反应前驱体溶液中上清液弃置，并添加与反应前驱体溶液弃置上清液前相等体积的还原剂溶液一同转移至圆底烧瓶中，在75～85℃下冷凝回流反应25～35min，反应结束后自然冷却，静置、收集固体沉淀物进行洗剂、离心，即得到铜纳米粒子负载聚多巴胺修饰的片状mos2纳米抗菌剂，烘干、保存。
14.本发明还具有以下技术特征：
15.优选的，所述钼源为钼酸铵和钼酸钠中的一种或几种；
16.所述硫源为硫化钠、硫脲和l-半胱氨酸中的一种或几种；
17.所述铜源为乙酸铜、硫酸铜和氯化铜中的一种或几种。
18.优选的，所述的步骤二中聚四氟乙烯内衬的填充比为50～65％。
19.优选的，所述的步骤二、步骤四和步骤七中的洗剂、离心为使用醇水交替以6000～8000rpm反复离心、洗涤5次。
20.优选的，所述的步骤二、步骤四和步骤七中的烘干为将样品置于50℃烘箱中烘干。
21.优选的，步骤一、步骤三和步骤五中超声分散为将混合溶液置于超声波清洗仪中超声25～40min。
22.优选的，步骤一、步骤五和步骤六所述的搅拌为采用磁力搅拌器。
23.优选的，所述的三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲液的ph为8.5。
24.本发明还保护一种如上所述的制备方法制备的铜纳米粒子负载聚多巴胺修饰的片状mos2纳米抗菌剂，聚多巴胺均匀包裹在mos2纳米片上，cu纳米粒子均匀分散在pda@mos2上；
25.所述的cu纳米颗粒尺寸在20～40nm之间，材料总体尺寸约为250～500nm之间。
26.本发明还保护一种上所述的铜纳米粒子负载聚多巴胺修饰的片状mos2纳米抗菌剂的应用，对金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度可达0.02mg/ml，对大肠杆菌抑菌率可达99.5％。
27.本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
28.本发明pda@mos
2-cu复合材料优异的抗菌作用主要是由于mos2和cu纳米粒子的协同抗菌作用所致：首先，mos2在光的激发下产生光生电子空穴对，而这些电子空穴对与材料表面的水和氧气发生反应生成ros，从而发挥抗菌性能；cu纳米颗粒可以产生cu
2
溶出作用，破坏细菌的蛋白质，从而使得细菌失活，达到细菌杀灭的作用；将mos2与cu纳米粒子进行复合后，cu纳米粒子在受到光照后会发生spr效应，使得cu纳米粒子成为电子供体为mos2输送电子，从而能够产生更多的ros以提升材料的抗菌性能；
29.进一步的，cu纳米粒子的尺寸较小时，其抗菌性能最优，直接将cu负载在mos2纳米片上后其尺寸约为50纳米，且易聚集生长，对提升复合材料的抗菌性能不利，本发明引入pda作为mos2和cu纳米粒子的链接桥梁，使得小尺寸cu纳米粒子能够均匀在mos2表面生长，以发挥其最优的抗菌性能；同时，采用了自包覆法将mos2纳米片用pda进行修饰，pda在充分水化的情况下具有一定的导电性能，这为cu纳米粒子作为电子供体将电子注入mos2中提供了通道条件，从而提升了其抗菌性能；
30.本发明纳米抗菌剂对金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度可达0.02mg/ml，对大肠杆菌抑菌率可达99.5％；
31.本发明通过水热法制备得到mos2纳米片，通过自包覆法制备pda@mos2，通过低温水浴次亚磷酸钠还原法制备pda@mos2/cu，成本低、能耗低。
附图说明
32.图1为实例1制备的mos2、pda@mos2、pda@mos2/cu纳米抗菌剂的xrd图谱；
33.图2为实例1制备的pda@mos2/cu纳米抗菌剂的sem照片；
34.图3为实例1制备的pda@mos
2-cu三元复合材料500nm的tem照片；
35.图4为实例1制备的pda@mos
2-cu三元复合材料100nm的tem照片；
36.图5为实例1制备的pda@mos
2-cu三元复合材料的tem照片，其中(c1)为(c)中选区的衍射点阵花样；
37.图6为实例1制备的pda@mos
2-cu三元复合材料的tem照片，其中(d1)为(d)中选区的高分辨率tem照片；
38.图7为金黄色葡萄球菌空白对照组；
39.图8为经过pda处理过后的金黄色葡萄球菌生长情况照片；
40.图9为经实例1中mos2处理过后的金黄色葡萄球菌生长情况照片；
41.图10为经实例1中pda@mos2处理过后的金黄色葡萄球菌生长情况照片；
42.图11为经实例1中pda@mos
2-cu处理过后的金黄色葡萄球菌生长情况照片；
43.图12从左到右依次为pda、实例1中mos2、实例1中pda@mos2、实例1中pda@mos2/cu对金黄色葡萄球菌的抑菌率对比图；
44.图13为pda@mos2/cu纳米复合材料的抗菌机理图。
具体实施方式
45.以下结合实施例对本发明的具体内容做进一步详细解释说明。
46.实施例1
47.步骤一、按原子物质的量比3:7称取钼酸铵及硫脲共1g分散至220ml去离子水中，并于磁力搅拌器上搅拌至溶解，将混合溶液置于超声波清洗仪中超声30min分散得到透明溶液；
48.步骤二、将步骤一制备的透明溶液转移至聚四氟乙烯内衬中，填充比为60％，置入水热釜中在烘箱中220℃温度条件下反应24h，反应结束后分离沉淀物使用6000rpm醇水交替反复离心、洗涤5次，得到mos2纳米片，将所得样品置于50℃烘箱中烘干后，装入样品袋中保存备用；
49.步骤三、取0.605g三羟甲基氨基甲烷分散至50ml去离子水配成tirs缓冲溶液，使用浓盐酸调节ph＝8.5；按质量比1:0.8取所得mos2纳米片与盐酸多巴胺共0.12g分散至50ml三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲液中，超声30min得到混合溶液a；
50.步骤四：将混合溶液a在避光条件下反应6h，使用6000rpm转速醇水交替反复洗涤、离心5次，制得pda@mos2复合材料，将所得样品置于50℃烘箱中烘干后，装入样品袋中保存备用；
51.步骤五、按质量比1:10取pda@mos2与乙酸铜共1.25g混合分散至250ml无水乙醇中，搅拌至溶解，将混合溶液超声分散30min，得到混合溶液b，将超声后的混合溶液b于磁力搅拌器上搅拌反应2h，静置12h得到反应前驱体溶液；
52.步骤六、将1g还原剂一水次亚磷酸钠分散至250ml无水乙醇中，得到还原剂分散液；
53.步骤七、将反应前驱体溶液中上清液弃置，并添加与反应前驱体溶液弃置上清液前的体积相等的还原剂溶液一同转移至圆底烧瓶中，将圆底烧瓶置于水浴锅中在80℃下冷凝回流反应30min，反应结束后自然冷却至室温、收集固体沉淀物使用6000rpm转速醇水交替反复离心、洗涤5次，即得到铜纳米粒子负载聚多巴胺修饰的片状mos2纳米抗菌剂，将所得样品于50℃烘箱中烘干后，装入样品袋中保存。
54.实施例2
55.步骤一、按原子物质的量比3:7称取钼酸钠及l-半胱氨酸共1.2g分散至240ml去离子水中，并于磁力搅拌器上搅拌至溶解，将混合溶液置于超声波清洗仪中超声25min分散得到透明溶液；
56.步骤二、将步骤一制备的透明溶液转移至聚四氟乙烯内衬中，填充比为50％，置入水热釜中在烘箱中180℃温度条件下反应22h，反应结束后分离沉淀物使用7000rpm醇水交替反复离心、洗涤5次，得到mos2纳米片，将所得样品置于50℃烘箱中烘干后，装入样品袋中保存备用；
57.步骤三、取0.605g三羟甲基氨基甲烷分散至50ml去离子水配成tirs缓冲溶液，使用浓盐酸调节ph＝8.5；按质量比1:1取所得mos2纳米片与盐酸多巴胺共0.1g分散至30ml三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲液中，超声25min得到混合溶液a；
58.步骤四：将混合溶液a在避光条件下反应8h，使用6000rpm转速醇水交替反复洗涤、离心5次，制得pda@mos2复合材料，将所得样品置于50℃烘箱中烘干后，装入样品袋中保存备用；
59.步骤五、按质量比1:10取pda@mos2与硫酸铜共1g混合分散至200ml无水乙醇中，搅拌至溶解，将混合溶液超声分散25min，得到混合溶液b，将超声后的混合溶液b于磁力搅拌
器上搅拌反应1.5h，静置13h得到反应前驱体溶液；
60.步骤六、将1g还原剂一水次亚磷酸钠分散至220ml无水乙醇中，得到还原剂分散液；
61.步骤七、将反应前驱体溶液中上清液弃置，并添加与反应前驱体溶液弃置上清液前的体积相等的还原剂溶液一同转移至圆底烧瓶中，将圆底烧瓶置于水浴锅中在75℃下冷凝回流反应35min，反应结束后自然冷却至室温、收集固体沉淀物使用6000rpm转速醇水交替反复离心、洗涤5次，即得到铜纳米粒子负载聚多巴胺修饰的片状mos2纳米抗菌剂，将所得样品于50℃烘箱中烘干后，装入样品袋中保存。
62.实施例3
63.步骤一、按原子物质的量比3:7称取钼酸钠及硫化钠共1.1g分散至230ml去离子水中，并于磁力搅拌器上搅拌至溶解，将混合溶液置于超声波清洗仪中超声40min分散得到透明溶液；
64.步骤二、将步骤一制备的透明溶液转移至聚四氟乙烯内衬中，填充比为65％，置入水热釜中在烘箱中200℃温度条件下反应20h，反应结束后分离沉淀物使用8000rpm醇水交替反复离心、洗涤5次，得到mos2纳米片，将所得样品置于50℃烘箱中烘干后，装入样品袋中保存备用；
65.步骤三、取0.605g三羟甲基氨基甲烷分散至50ml去离子水配成tirs缓冲溶液，使用浓盐酸调节ph＝8.5；按质量比1:0.5取所得mos2纳米片与盐酸多巴胺共0.11g分散至40ml三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲液中，超声40min得到混合溶液a；
66.步骤四：将混合溶液a在避光条件下反应7h，使用6000rpm转速醇水交替反复洗涤、离心5次，制得pda@mos2复合材料，将所得样品置于50℃烘箱中烘干后，装入样品袋中保存备用；
67.步骤五、按质量比1:10取pda@mos2与氯化铜共1.1g混合分散至220ml无水乙醇中，搅拌至溶解，将混合溶液超声分散40min，得到混合溶液b，将超声后的混合溶液b于磁力搅拌器上搅拌反应2.5h，静置11h得到反应前驱体溶液；
68.步骤六、将1g还原剂一水次亚磷酸钠分散至230ml无水乙醇中，得到还原剂分散液；
69.步骤七、将反应前驱体溶液中上清液弃置，并添加与反应前驱体溶液弃置上清液前的体积相等的还原剂溶液一同转移至圆底烧瓶中，将圆底烧瓶置于水浴锅中在85℃下冷凝回流反应25min，反应结束后自然冷却至室温、收集固体沉淀物使用6000rpm转速醇水交替反复离心、洗涤5次，即得到铜纳米粒子负载聚多巴胺修饰的片状mos2纳米抗菌剂，将所得样品于50℃烘箱中烘干后，装入样品袋中保存。
70.数据分析
71.图1为mos2、pda@mos2和pda@mos2/cu纳米复合材料的xrd图谱，从图1可知，mos2的xrd图谱中所有的峰都与mos2的标准数据卡片(pdf96-101-1287)，相对应没有形成任何杂质。其中，(002)晶面的衍射峰较强，这说明以钼酸钠作为钼源，l-半胱氨酸作为硫源，通过水热法制备得到的mos2薄片具有良好的层状结构。通过观察pda@mos2纳米复合材料的xrd图谱可知，与mos2相比，pda@mos2纳米复合材料的衍射峰出现了明显的峰宽化，这可以在一定程度上说明pda成功与mos2复合成功，有机材料的引入，导致复合材料结晶性降低。在pda@
mos2/cu的xrd图谱中可以发现mos2的衍射峰依旧十分明显，同时出现了cu(111)、(002)晶面的衍射峰，与标准数据卡片(pdf96-151-2505)相对应，这说明该材料中成功合成了cu。
72.图2为pda@mos2/cu的扫描电镜图。可以看出，cu在pda@mos2上分散均匀且尺寸稳定在20nm左右。
73.图3、4、5、6为pda@mos2/cu的透射电镜图。从图3可以看出，pda@mos2/cu纳米复合材料的尺寸为300nm左右。图4为图3的局部放大图，由该图可知，pda可较均匀得包覆在mos2上，同时在其表面发现了粒径大约为10nm的cu纳米粒子，且其均匀地分散在pda@mos2表面，说明pda的金属离子负载位点对cu纳米粒子的分散生长起到了很大的作用。图5、6分别pda@mos2/cu纳米复合材料中cu纳米粒子和mos2纳米片的hrtem，同时，本研究还对cu纳米粒子的图像进行了傅里叶变换得到了它的衍射花样，如图5(c1)所示。从衍射花样中可以看出，cu纳米粒子的结晶性较好，能够清楚的看出其(111)和(002)两组晶面，同时，对图像中的三组晶格条纹进行测量，发现两组晶面间距约为0.181nm、另一组晶面间距约为0.209nm，这与cu的两组晶面数据相一致。结果表明，本实验通过次亚磷酸钠还原乙酸铜法可以成功制备pda@mos2/cu纳米复合材料，且cu纳米粒子可均匀分散子pda@mos2表面。
74.图7、8、9、10、11分别为金黄色葡萄球菌空白对照组照片，使用pda、mos2、pda@mos2、pda@mos2/cu处理过后的金黄色葡萄球菌生长情况照片。图12是对图7、8、9、10、11的照片进行计算分析得到的抑菌率。从图8中可以看出，使用pda处理过的金黄色葡萄球菌并没有减少，反而有增多的情况发生，这是由于pda具有生物可降解性，在其与细菌作用的同时，被细菌分解，反而为细菌生长提供了养分。由图9、10可知，mos2表面修饰pda后，其抑菌率有所下降，从40％(mos2)下降至18％(pda@mos2)，这可能也是是pda具有可生物降解性所致。然而，由图11可知，pda@mos2/cu纳米复合材料对金黄色葡萄球菌具有显著的抑制作用，抑菌率达到了99.5％左右，这可能是因为cu纳米粒子在与细菌作用时可以释放cu
2
，而cu
2
本身就是一种很好的抗菌剂。与此同时，光激发后，cu纳米粒子存在表面等离子体共振效应(spr)，成为了mos2的电子供体，为复合材料产生更多的ros提供了先决条件，而且pda作为mos2和cu纳米粒子的中间链接物具有一定的导电性，为电子从cu纳米粒子流通到mos2提供了通道条件。其示意图如图13所示。