本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種MnO₂-Ag納米復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

從古至今，有害細(xì)菌一直是影響人類健康和生活的主要因素之一，全世界每年因細(xì)菌感染而死亡的人不計其數(shù)。而抗生素在治療各類微生物感染疾病領(lǐng)域長期扮演著重要的角色，為人們的生活和健康做出了巨大的貢獻(xiàn)。但是由于抗生素的廣泛使用和濫用，微生物對抗生素的耐藥性也變得越來越強，使得許多抗生素對微生物的抑制作用已明顯減弱，甚至完全失效。因此，研發(fā)新的具有抗菌性的材料已迫在眉睫。

隨著納米科技的日益發(fā)展，納米顆粒所具有的量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀隧道效應(yīng)等引起了人們廣泛的關(guān)注。這些特殊的性質(zhì)使納米材料在光學(xué)、電磁學(xué)、催化等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。銀離子具有良好的殺菌、抗菌作用，自古以來就被人們用于加速傷口愈合，治療感染和凈化水源等。普通的單質(zhì)銀在空氣中容易被氧化變色，而與普通銀相比，納米銀具有更高的穩(wěn)定性、比表面積、表面能和反應(yīng)活性?，F(xiàn)代研究結(jié)果表明，納米銀粒子對致命的桿菌、球菌的殺滅作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)強于傳統(tǒng)的銀離子殺菌劑，且納米銀粒子克服了銀離子在溶液中不能穩(wěn)定存在的缺點，因此納米銀粒子在殺菌、抗菌領(lǐng)域具有傳統(tǒng)銀離子殺菌劑無法比擬的優(yōu)勢。

近年來二氧化錳作為一種具有重要工業(yè)用途的氧化物已經(jīng)引起各界學(xué)者的廣泛興趣。二氧化錳憑借其獨特的結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的性能和低廉的成本在二次電池、磁性材料、超級電容器、催化劑以及醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

納米材料一直是各個領(lǐng)域研究的熱點，傳統(tǒng)的納米材料功能較為單一，使得其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用受到了限制，而納米復(fù)合材料便能克服這一缺點。納米復(fù)合材料作為一種新型的材料，在保持各個組分材料的某些特點外，具有組分間協(xié)同作用所產(chǎn)生的綜合性能，由于復(fù)合材料各組分間“取長補短”，產(chǎn)生了單一納米材料所不具備的新性能,開創(chuàng)了材料設(shè)計的新局面。不同的納米復(fù)合材料具有不同的優(yōu)越性能，如光催化性能、氧化降解有機物、生物標(biāo)記、超級電容器、磁性、熒光性能以及醫(yī)學(xué)成像等?？v觀合成納米復(fù)合材料的各種方法，大多合成方法需要各種分散劑和穩(wěn)定劑等各種有機試劑，且反應(yīng)大多是在高溫高壓下進(jìn)行，因此，研發(fā)出一種新型的綠色方法合成納米復(fù)合材料已成為一項具有意義和挑戰(zhàn)性的工作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種綠色的制備方法，結(jié)合二氧化錳和納米銀的優(yōu)點，以自組裝的方式制備MnO₂-Ag納米復(fù)合材料，并將該納米復(fù)合材料作為抗菌劑應(yīng)用于生物抗菌領(lǐng)域。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明以牛血清白蛋白(BSA)為生物模板，用生物模板法在溫和的反應(yīng)條件下合成單分散性的MnO₂-Ag納米復(fù)合材料。

一種MnO₂-Ag納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)取5-10mL 5mg/mL牛血清白蛋白溶液，在室溫下攪拌加入1-5mL作為錳離子源的二價錳溶液，在300-500rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌30-60min；

(2)在步驟(1)得到的混合溶液中加入5-10mL堿液，調(diào)節(jié)溶液的pH至9-10，繼續(xù)攪拌5min；

(3)在步驟(2)得到的混合溶液中加入10-20mL銀鹽溶液，室溫下反應(yīng)12h，離心、凍干，即得該MnO₂-Ag納米復(fù)合材料；

所述二價錳溶液的濃度為1-100mM，所述堿液的濃度為70mM，所述銀鹽溶液的濃度為1-100mM，步驟(1)中，所述牛血清白蛋白溶液與所述二價錳溶液的體積用量比為2:1-5:1，步驟(2)中加入的所述堿液與所述二價錳溶液的體積用量比為2:1-5:1，步驟(3)中加入的所述銀鹽溶液與所述二價錳溶液的體積用量比為4:1-10:1。

一種MnO₂-Ag納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)取5mL 5mg/mL牛血清白蛋白溶液，在室溫下攪拌加入1mL作為錳離子源的二價錳溶液，在300rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌30min；

(2)在步驟(1)得到的混合溶液中加入5mL堿液，調(diào)節(jié)溶液的pH至9-10，繼續(xù)攪拌5-10min；

(3)在步驟(2)得到的混合溶液中加入10mL銀鹽溶液，室溫下反應(yīng)8-12h，離心、凍干，即得該MnO₂-Ag納米復(fù)合材料；

所述二價錳溶液的濃度為1-100mM，所述堿液的濃度為70mM，所述銀鹽溶液的濃度為1-100mM。

所述二價錳溶液為乙酸錳溶液、氯化錳溶液、硫酸錳溶液或者硝酸錳溶液。

所述堿液為氫氧化鈉溶液或者氫氧化鉀溶液。

所述銀鹽溶液為硝酸銀溶液。

上述MnO₂-Ag納米復(fù)合材料作為抗菌劑應(yīng)用于對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌以及銅綠假單胞菌的抑制。

本發(fā)明一種MnO₂-Ag納米復(fù)合材料的制備方法，具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明合成的MnO₂-Ag納米復(fù)合材料中的MnO₂成片層結(jié)構(gòu)，Ag納米粒子分散于MnO₂的片層結(jié)構(gòu)上，Ag納米粒子的粒徑均一，分散性好，穩(wěn)定性高，實驗重復(fù)性好；

(2)本發(fā)明采用牛血清白蛋白和二價錳鹽為原料，原料無毒廉價易得，利用牛血清白蛋白為生物模板，具有良好的生物相容性，可應(yīng)用于生物標(biāo)記、醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域；

(3)本發(fā)明的制備方法簡單，反應(yīng)條件溫和，成本低，在常溫常壓下即可發(fā)生反應(yīng)，不需要加入另外的穩(wěn)定劑或分散劑，利于該納米復(fù)合材料在各方面的廣泛應(yīng)用；

(4)本發(fā)明所制備的納米復(fù)合材料對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌以及銅綠假單胞菌等細(xì)菌有強烈的殺菌抗菌作用，可應(yīng)用于醫(yī)藥學(xué)、生物學(xué)等方面。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中MnO₂-Ag納米復(fù)合材料的透射電鏡圖；

圖2為本發(fā)明中不同Mn含量的MnO₂-Ag納米復(fù)合材料在抗菌應(yīng)用中的實驗結(jié)果，其中，A)對應(yīng)為金黃色葡萄球菌，B)對應(yīng)為大腸桿菌；C)對應(yīng)為銅綠假單胞菌，a、b、c、d、e依次對應(yīng)實施例一至實施例五中的MnO₂-Ag納米復(fù)合材料；

圖3為本發(fā)明中不同Ag含量的MnO₂-Ag納米復(fù)合材料在抗菌應(yīng)用中的實驗結(jié)果，其中，A)對應(yīng)為金黃色葡萄球菌，B)對應(yīng)為大腸桿菌；C)對應(yīng)為銅綠假單胞菌，a、b、c、d、e依次對應(yīng)實施例六至實施例十中的MnO₂-Ag納米復(fù)合材料。

具體實施方式

為了進(jìn)一步解釋本發(fā)明的技術(shù)方案，下面通過具體實施例來對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。

實驗藥品：

配制50mL，5mg/mL牛血清白蛋白溶液，置于4℃冰箱中保存；

不同濃度的乙酸錳溶液、不同濃度的硝酸銀溶液、氫氧化鈉溶液；

分別以金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和銅綠假單胞菌為實驗菌種的待檢標(biāo)準(zhǔn)菌液；

M-H培養(yǎng)基。

實施例一

(1)先將5mL、5mg/mL牛血清白蛋白溶液與1mL、1mM的乙酸錳溶液在室溫下混合，在轉(zhuǎn)速為300rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌反應(yīng)30min；

(2)再加入5mL、70mM氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH至9-10，反應(yīng)5min；

(3)接著加入10mL、10mM的硝酸銀溶液，在室溫下反應(yīng)12h；

(4)將反應(yīng)后的混合溶液在10000rpm的轉(zhuǎn)速下離心30min，除去未反應(yīng)的牛血清白蛋白，離心得到黑色沉淀物，共離心2次，；

(5)取離心后的黑色沉淀物，加水溶解，放入超低溫冰箱中冷凍12h，再放入凍干機中凍干，即得到MnO₂-Ag納米復(fù)合材料。

實施例二

(1)先將5mL、5mg/mL牛血清白蛋白溶液與1mL、5mM的乙酸錳溶液在室溫下混合，在轉(zhuǎn)速為300rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌反應(yīng)30min；

(2)再加入5mL、70mM氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH至9-10，反應(yīng)5min；

(3)接著加入10mL、10mM的硝酸銀溶液，在室溫下反應(yīng)12h；

(4)將反應(yīng)后的混合溶液在10000rpm的轉(zhuǎn)速下離心30min，除去未反應(yīng)的牛血清白蛋白，離心得到黑色沉淀物，共離心2次；

(5)取離心后的黑色沉淀物，加水溶解，放入超低溫冰箱中冷凍12h，再放入凍干機中凍干，即得到MnO₂-Ag納米復(fù)合材料。

實施例三

(1)先將5mL、5mg/mL牛血清白蛋白溶液與1mL、10mM的乙酸錳溶液在室溫下混合，在轉(zhuǎn)速為300rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌反應(yīng)30min；

(2)再加入5mL、70mM氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH至9-10，反應(yīng)5min；

(3)接著加入10mL、10mM的硝酸銀溶液，在室溫下反應(yīng)12h；

(4)將反應(yīng)后的混合溶液在10000rpm的轉(zhuǎn)速下離心30min，除去未反應(yīng)的牛血清白蛋白，離心得到黑色沉淀物，共離心2次；

(5)取離心后的黑色沉淀物，加水溶解，放入超低溫冰箱中冷凍12h，再放入凍干機中凍干，即得到MnO₂-Ag納米復(fù)合材料。

實施例四

(1)先將5mL、5mg/mL牛血清白蛋白溶液與1mL、50mM的乙酸錳溶液在室溫下混合，在轉(zhuǎn)速為300rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌反應(yīng)30min；

(2)再加入5mL、70mM氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH至9-10，反應(yīng)5min；

(3)接著加入10mL、10mM的硝酸銀溶液，在室溫下反應(yīng)12h；

(4)將反應(yīng)后的混合溶液在10000rpm的轉(zhuǎn)速下離心30min，除去未反應(yīng)的牛血清白蛋白，離心得到黑色沉淀物，共離心2次；

(5)取離心后的黑色沉淀物，加水溶解，放入超低溫冰箱中冷凍12h，再放入凍干機中凍干，即得到MnO₂-Ag納米復(fù)合材料。

實施例五

(1)先將5mL、5mg/mL牛血清白蛋白溶液與1mL、100mM的乙酸錳溶液在室溫下混合，在轉(zhuǎn)速為300rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌反應(yīng)30min；

(2)再加入5mL、70mM氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH至9-10，反應(yīng)5min；

(3)接著加入10mL、10mM的硝酸銀溶液，在室溫下反應(yīng)12h；

(4)將反應(yīng)后的混合溶液在10000rpm的轉(zhuǎn)速下離心30min，除去未反應(yīng)的牛血清白蛋白，離心得到黑色沉淀物，共離心2次；

(5)取離心后的黑色沉淀物，加水溶解，放入超低溫冰箱中冷凍12h，再放入凍干機中凍干，即得到MnO₂-Ag納米復(fù)合材料。

實施例六

(1)先將5mL、5mg/mL牛血清白蛋白溶液與1mL、10mM的乙酸錳溶液在室溫下混合，在轉(zhuǎn)速為300rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌反應(yīng)30min；

(2)再加入5mL、70mM氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH至9-10，反應(yīng)5min；

(3)接著加入10mL、1mM的硝酸銀溶液，在室溫下反應(yīng)12h；

(4)將反應(yīng)后的混合溶液在10000rpm的轉(zhuǎn)速下離心30min，除去未反應(yīng)的牛血清白蛋白，離心得到黑色沉淀物，共離心2次；

(5)取離心后的黑色沉淀物，加水溶解，放入超低溫冰箱中冷凍12h，再放入凍干機中凍干，即得到MnO₂-Ag納米復(fù)合材料。

實施例七

(1)先將5mL、5mg/mL牛血清白蛋白溶液與1mL、10mM的乙酸錳溶液在室溫下混合，在轉(zhuǎn)速為300rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌反應(yīng)30min；

(2)再加入5mL、70mM氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH至9-10，反應(yīng)5min；

(3)接著加入10mL、5mM的硝酸銀溶液，在室溫下反應(yīng)12h；

(4)將反應(yīng)后的混合溶液在10000rpm的轉(zhuǎn)速下離心30min，除去未反應(yīng)的牛血清白蛋白，離心得到黑色沉淀物，共離心2次；

(5)取離心后的黑色沉淀物，加水溶解，放入超低溫冰箱中冷凍12h，再放入凍干機中凍干，即得到MnO₂-Ag納米復(fù)合材料。

實施例八

(1)先將5mL、5mg/mL牛血清白蛋白溶液與1mL、10mM的乙酸錳溶液在室溫下混合，在轉(zhuǎn)速為300rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌反應(yīng)30min；

(2)再加入5mL、70mM氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH至9-10，反應(yīng)5min；

(3)接著加入10mL、10mM的硝酸銀溶液，在室溫下反應(yīng)12h；

(4)將反應(yīng)后的混合溶液在10000rpm的轉(zhuǎn)速下離心30min，除去未反應(yīng)的牛血清白蛋白，離心得到黑色沉淀物，共離心2次；

(5)取離心后的黑色沉淀物，加水溶解，放入超低溫冰箱中冷凍12h，再放入凍干機中凍干，即得到MnO₂-Ag納米復(fù)合材料。

實施例九

(1)先將5mL、5mg/mL牛血清白蛋白溶液與1mL、10mM的乙酸錳溶液在室溫下混合，在轉(zhuǎn)速為300rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌反應(yīng)30min；

(2)再加入5mL、70mM氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH至9-10，反應(yīng)5min；

(3)接著加入10mL、50mM的硝酸銀溶液，在室溫下反應(yīng)12h；

(4)將反應(yīng)后的混合溶液在10000rpm的轉(zhuǎn)速下離心30min，除去未反應(yīng)的牛血清白蛋白，離心得到黑色沉淀物，共離心2次；

(5)取離心后的黑色沉淀物，加水溶解，放入超低溫冰箱中冷凍12h，再放入凍干機中凍干，即得到MnO₂-Ag納米復(fù)合材料。

實施例十

(1)先將5mL、5mg/mL牛血清白蛋白溶液與1mL、10mM的乙酸錳溶液在室溫下混合，在轉(zhuǎn)速為300rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌反應(yīng)30min；

(2)再加入5mL、70mM氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH至9-10，反應(yīng)5min；

(3)接著加入10mL、100mM的硝酸銀溶液，在室溫下反應(yīng)12h；

(4)將反應(yīng)后的混合溶液在10000rpm的轉(zhuǎn)速下離心30min，除去未反應(yīng)的牛血清白蛋白，離心得到黑色沉淀物，共離心2次；

(5)取離心后的黑色沉淀物，加水溶解，放入超低溫冰箱中冷凍12h，再放入凍干機中凍干，即得到MnO₂-Ag納米復(fù)合材料。

本發(fā)明一種MnO₂-Ag納米復(fù)合材料的制備方法，具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明合成的MnO₂-Ag納米復(fù)合材料中的MnO₂成片層結(jié)構(gòu)，Ag納米粒子分散于MnO₂的片層結(jié)構(gòu)上，如圖1所示，Ag納米粒子的粒徑均一，分散性好，穩(wěn)定性高，實驗重復(fù)性好；

(2)本發(fā)明采用牛血清白蛋白和二價錳鹽為原料，原料無毒廉價易得，利用牛血清白蛋白為生物模板，具有良好的生物相容性，可應(yīng)用于生物標(biāo)記、醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域；

(3)本發(fā)明的制備方法簡單，反應(yīng)條件溫和，成本低，在常溫常壓下即可發(fā)生反應(yīng)，不需要加入另外的穩(wěn)定劑或分散劑，利于該納米復(fù)合材料在各方面的廣泛應(yīng)用。

在上述實施例中，實施例一～實施例五制備得到的MnO₂-Ag納米復(fù)合材料中Mn含量逐漸增加，分別標(biāo)記為a、b、c、d、e組別。

實施例六～實施例十制備得到的MnO₂-Ag納米復(fù)合材料中Ag含量逐漸增加，分別標(biāo)記為a、b、c、d、e組別。

本發(fā)明結(jié)合二氧化錳和納米銀的優(yōu)點，以自組裝的方式制備MnO₂-Ag納米復(fù)合材料，并將該納米復(fù)合材料作為抗菌劑應(yīng)用于生物抗菌領(lǐng)域，并通過抗菌實驗驗證該納米復(fù)合材料的抗菌效果，有關(guān)實驗如下：

實驗一

將待檢標(biāo)準(zhǔn)菌液用棉拭子涂布整個M-H培養(yǎng)基表面后，將涂有不同Mn含量的MnO₂-Ag納米復(fù)合材料的標(biāo)準(zhǔn)濾紙由低濃度至高濃度(a-e)貼于M-H培養(yǎng)基上，37℃培養(yǎng)24小時后，觀察抑菌圈如圖2所示，顯示各組納米復(fù)合材料均有良好的抗菌效果，其中待檢標(biāo)準(zhǔn)菌液分別以金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和銅綠假單胞菌為實驗菌種。

實驗二

將待檢標(biāo)準(zhǔn)菌液用棉拭子涂布整個M-H培養(yǎng)基表面后，將涂有不同Ag含量的MnO₂-Ag納米復(fù)合材料的標(biāo)準(zhǔn)濾紙由低濃度至高濃度(a-e)貼于M-H培養(yǎng)基上，37℃培養(yǎng)24小時后，觀察抑菌圈如圖3所示，顯示各組納米復(fù)合材料均有良好的抗菌效果，其中待檢標(biāo)準(zhǔn)菌液分別以金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和銅綠假單胞菌為實驗菌種。

上述實施例和圖式并非限定本發(fā)明的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對其所做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。