一种明暗场杀菌的ZnO/V2O5复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种在明暗场下均具有高效杀菌作用的纳米复合材料及其制备方法。首先以超纯水为溶剂，将V2O5粉体在室温下搅拌溶解，缓慢逐滴滴加过氧化氢（H2O2）至上述溶液中，形成[VO(O2)2]

A bright and dark field ZnO/V2O5 composite material and preparation method of sterilization

The invention discloses a high bactericidal effect in bright and dark field of nano composite material and preparation method thereof. First, using ultra pure water as the solvent, the V2O5 powder is stirred and dissolved at room temperature, and [VO (O2) 2] is formed by slow drop by drop and hydrogen peroxide (H2O2) to the above solution.

【技术实现步骤摘要】
一种明暗场杀菌的ZnO/V2O5复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种杀菌纳米复合材料的制备领域，特别是涉及一种在自然光条件下和暗场条件下均具有较高杀菌率的纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着经济和社会的快速发展，人们对医疗卫生水平越来越重视，对抗菌材料的关注也日益增加。其中，纳米ZnO由于其环境友好、生物兼容、广谱抗菌和无细菌抗性等特点而成为出色的抗菌材料。ZnO作为一种光催化型抗菌材料，其带隙较宽，约为3.37eV，仅能在紫外光下激发，而紫外光仅占太阳光总能量的3%-5%，能量利用率较低。虽然ZnO已经具备了很好的抗菌活动，但其在光下和暗场下的抗菌活动仍然需要探讨和改进。ZnO在光下和暗场下的抑菌机理相近，主要有三种：活性氧基团（ROS）的产生，Zn2+的释放和ZnO纳米粒子与细胞壁直接接触杀菌，但二者关于活性氧基团的产生有所差别。所以有必要对氧化锌进行金属和非金属掺杂，与其他窄带隙半导体复合，改善其能量利用率，减少光生电子和空穴的复合，扩大其应用范围。有文献报道纳米V2O5具有优良的抗菌性能，其抗菌机理主要涉及到ROS的产生。在本文中我们选择V2O5纳米线与ZnO复合，主要基于以下点原因：V2O5纳米线本身具有一定的抗菌性能；V2O5纳米线可作为支撑材料，难溶于水，防止ZnO纳米粒子的聚集，减弱ZnO的生物毒性；V2O5带隙窄，期望与ZnO复合可减小ZnO带隙，发挥协同作用，提高其在可见光和暗场下的抑菌活动。本文主要针对ZnO的抑菌活动，期望其在自然光下和暗场下都可以取得较高的抗菌率。González-Penguelly等人发现ZnO：Ag1%纳米膜在光照下的抗菌率达76%，暗场下低于此值。M.Zirak等人报道了纳米ZnO@CdS在光照下和暗场下的抑菌活动，在光照下最高的杀菌率达70%，暗场下仅有10%。这些文献中涉及的暗场下的抑菌率较低，这也是本文要做的工作，ZnO/V2O5纳米复合材料可以在自然光下和暗场下取得较高的杀菌率。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种在自然光下和暗场下均具有高效杀菌作用的复合材料及其制备方法。本专利技术采用两步法合成ZnO/V2O5纳米复合材料，首先采用水热法合成V2O5纳米线，然后采用水浴法合成ZnO/V2O5纳米复合材料。本专利技术具体的技术方案包括如下步骤：（1）水热法制备V2O5纳米线：以超纯水为溶剂，将V2O5粉体在室温下搅拌溶解，缓慢逐滴滴加H2O2至上述溶液中，形成[VO(O2)2]-前驱体溶液，将上述溶液加入反应釜,进行水热反应，获得的产物经冷冻干燥得到V2O5纳米线；（2）水浴法合成ZnO/V2O5复合纳米材料：将（1）中制备出的V2O5纳米线溶于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，加入锌的前驱体溶解，进行水浴反应，最终制得ZnO/V2O5纳米复合材料。步骤（1）所述的V2O5粉体为1.5g，溶于60mL-100mL超纯水中，滴加的H2O2为10mL。步骤（1）所述的水热温度为150℃～180℃，水热时间为12h～36h。步骤（1）所述的水热法制备V2O5纳米线，直径在10nm-150nm。步骤（2）所述的V2O5纳米线与锌的前驱体摩尔比为3:1-1:3。步骤（2）所述的水浴法的温度在60℃～95℃，时间在3h～5h。上述制备方法所制备得到的ZnO/V2O5纳米复合材料在自然光下和暗场下杀菌中的应用。与已有的杀菌材料相比，本专利技术具有如下优点：（1）本专利技术中制备复合材料所用原料价廉，产量丰富；（2）本专利技术中制备的复合材料V2O5纳米线难溶于水且对氧化锌有支撑作用，减少了ZnO纳米粒子的团聚以及对环境的污染；（3）本专利技术所制备的复合材料在自然光下和暗场下均具有优异的抑菌效果。附图说明图1a是实施例1所制备的V2O5纳米线的扫描电镜照片。图1b是实施例2所制备的ZnO/V2O5纳米复合材料的扫描电镜照片。图1c是实施例2所制备的ZnO/V2O5纳米复合材料中对ZnO的扫描电镜照片。图2是实施例1和实施例2所制备的ZnO/V2O5纳米复合材料的X射线衍射图谱。图3是实施例2所制备的ZnO/V2O5复合纳米材料在明场和暗场下的杀菌效果图。图4是实施例2所制备的ZnO/V2O5复合纳米材料在明场和暗场下的ROS相对含量荧光图。图5是实施例2所制备的ZnO/V2O5复合纳米材料在明场和暗场下抗氧化实验结果。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施例对本专利技术进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。实施例（1）水热法制备V2O5纳米线以50mL超纯水为溶剂，将1.5gV2O5粉体在室温下搅拌溶解，缓慢逐滴滴加10mLH2O2至上述溶液中，形成[VO(O2)2]-前驱体溶液，将上述溶液加入反应釜，180℃水热反应24h，将获得的产物冷冻干燥得到V2O5纳米线。（2）水浴法合成ZnO/V2O5复合纳米材料取（1）中制备出的V2O5纳米线0.182g，溶于50mLN,N-二甲基甲酰胺溶液中，加入0.220gC4H6O4Zn·2(H2O)溶解，95℃水浴反应5h，制得ZnO/V2O5纳米复合材料。（3）对样品进行表征和测试：利用扫描电镜观察样品的表面形貌，结果见图1a。从图1a中可以看出，所制备的V2O5纳米线直径约为100-200nm，长度约为8μm。图1b显示了ZnO/V2O5纳米复合材料呈串珠形貌，V2O5仍然呈线型，图1cZnO呈片层组装的花状形貌。图2是对样品的XRD的成分表征，对比ZnO和V2O5可看出制备的复合物同时具有二者的衍射峰。（4）对样品进行杀菌效果的测试：为了测试制备的ZnO/V2O5纳米复合材料的抑菌性能，将制备好的样品在自然光下和暗场下进行抑菌试验。将金黄葡萄球菌的菌种接入到LB液体培养基中进行活化，菌液在恒温震荡培养箱中37℃条件下震荡24h。将样品置于5mL离心管中，每个样品准备两个离心管，一个正常暴露于自然光下，另一个用锡纸遮盖避光，分别接种5μL活化好的菌液，置于摇床震荡18h。分别将含有样品的菌液用生理盐水梯度稀释，利用平板计数进行观察统计，并利用杀菌率公式对数据进行统计。图3是ZnO/V2O5复合纳米材料在明场和暗场下的杀菌效果图。在自然光下ZnO/V2O5复合纳米材料比纯V2O5纳米线和ZnO纳米粒子具有更好的杀菌效果，杀菌率达99.8%，在暗场下杀菌率达98.0%。（5）对样品杀菌机理的探究：对ZnO/V2O5复合纳米材料在明暗场条件下的ROS的相对含量进行了荧光测试，测试结果见图3。图3a和3b为明场下阴性对照和样品的ROS相对含量，c和d为暗场下相应的ROS荧光图，e为阳性对照（Rosup处理）。对比a、b和e图发现在明场下样品产生的ROS比空白阴性对照多，与阳性对照相当。在暗场下情况相近。这说明无论在明场或暗场下，样品中ROS的相对含量较多。为进一步确定ROS的产生在样品抑菌活动中的地位，本文对样品进行了抗氧化实验。在抑菌试验的基础上，再在样品离心管中加入10mM的谷胱甘肽（还原态），消除样品产生的ROS对细菌产生的氧化应激反应，结果见图4。图4表明在明场和暗场下的抑菌率分别降低为23.5%和20.3%。这说明了ROS的产生在样品抗菌活动中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种杀菌复合材料的制备方法，其特征包括以下步骤：（1）水热法制备V2O5纳米线：以超纯水为溶剂，将V2O5粉体在室温下搅拌溶解，缓慢逐滴滴加H2O2至上述溶液中，形成[VO(O2)2]

【技术特征摘要】
1.一种杀菌复合材料的制备方法，其特征包括以下步骤：（1）水热法制备V2O5纳米线：以超纯水为溶剂，将V2O5粉体在室温下搅拌溶解，缓慢逐滴滴加H2O2至上述溶液中，形成[VO(O2)2]-前驱体溶液，将上述溶液加入反应釜,进行水热反应，将获得的产物冷冻干燥得到V2O5纳米线；（2）水浴法合成ZnO/V2O5纳米复合材料：将上述制备出的V2O5纳米线溶于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，加入锌的前驱体溶解，进行水浴反应，获得ZnO/V2O5纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（1）所述的V2O5粉体为1.5g，溶于60mL-100mL超纯水中，滴加的H2O2溶液为10mL。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈守刚，孙海云，郝湘平，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东,37