抗菌抗病毒石墨烯纳米片及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种抗菌抗病毒石墨烯纳米片及其应用。该抗菌抗病毒石墨烯纳米片为一种具有尖状或锯齿状等异形结构边缘，且横向尺寸小于100nm、厚度小于10nm的石墨烯纳米片。该石墨烯纳米片的纵向超薄结构、横向纳米级尺寸及尖状或锯齿状结构边缘赋予其小且锋利的边缘，当与细菌或病毒接触时，能够瞬间刺破微米级病菌的细胞壁致其死亡或刺破纳米级病毒的蛋白质薄膜，通过抑制病毒的复制，来实现抗病毒作用。本发明专利技术通过对石墨烯纳米片的结构进行调控，能够实现对多种病菌的抑菌和病毒的抗病毒目的，且抗菌和抗病毒效果显著，可用于面料、清洁用品、办公用品、建筑和生物医学等各种领域的抗菌和抗病毒处理。

【技术实现步骤摘要】
抗菌抗病毒石墨烯纳米片及其应用
本专利技术属于抗病毒纳米材料
，涉及一种抗菌抗病毒石墨烯纳米片及其应用。
技术介绍
石墨烯是碳原子以sp2杂化轨道组成的六角形蜂窝状二维纳米材料，可以看成是单层的石墨片。近年来石墨烯及其衍生物的抗菌功能已经得到行业的研究和验证，研究者认为其抗菌原理在于当微米级的细菌在石墨烯锋利的纳米级二维材料上游走时，瞬间就被割破细胞壁而死亡。除此之外，石墨烯可以通过对细胞膜上磷脂分子的大规模直接抽取来破坏细胞膜从而杀死细菌。然而，现有技术还无法做到利用石墨烯实现高效抗病毒的目的。原因可能在于，病毒尺寸远小于细菌尺寸，一般在100nm以内，而且病毒的结构及感染途径与细菌有较大差异。病毒是一种个体微小，结构简单，只含一种核酸(DNA或RNA)，必须在活细胞内寄生并以复制的方式增殖的非细胞型生物，它由一个核酸长链和蛋白质外壳构成。由于常规使用的石墨烯横向尺寸一般在微米级，因此纳米级的病毒很难被微米级的石墨烯捕捉并破坏；再者，病毒可能寄宿在细菌等细胞内，也增加了破坏难度。目前抗病毒的实现主要通过抗病毒药物抵抗或破坏病毒感染的途径实现，如直接抑制或杀灭病毒、干扰病毒吸附、阻止病毒穿入细胞、抑制病毒生物合成、抑制病毒释放或增强宿主抗病毒能力等。石墨烯的抗病毒原理尚不够明确，这也增大了研究抗病毒石墨烯的难度。因此，有必要对石墨烯的结构进行研究和调控，以期在保持其抗菌性能的同时实现高效抗病毒的目的。张广宇研究组与高鸿钧研究组和王恩哥研究组合作，利用自制的远程电感耦合等离子体系统，首次成功实现了石墨烯的可控各向异性刻蚀。这种基于氢等离子体的干法刻蚀技术受等离子体强度和样品温度的调控，刻蚀速率可以精确控制在几个nm/min，且不会引入新的缺陷。由于石墨烯特殊的六角对称性，这种方法可以得到近原子级规则的锯齿边缘结构。他们还利用这种干法刻蚀技术结合电子束光刻技术首次实现了对石墨烯纳米结构的精确加工和剪裁。这种技术的优势在于可以对石墨烯结构进行原子级尺度加工和对于石墨烯的质量的保持性。这种可以沿固定晶向，得到固定的边缘结构的加工剪裁石墨烯的技术，为未来大规模精确控制、加工具有确定晶向和边缘结构的石墨烯纳米结构奠定了技术基础。授权公告号为CN102020240B的专利公开了一种具有边界选择性的裁剪石墨烯的方法，利用纳米粒子与不同边界取向的石墨烯边界间相互作用力的不同，在纳米粒子的辅助催化作用下通过石墨烯的氢化反应，实现了对石墨烯的边界选择性裁剪，得到具有锯齿形边界的石墨烯量子点。近年来也出现了利用石墨烯量子点进行抗菌的研究，如授权公告号为CN104353127B的中国专利公开了一种石墨烯量子点与蚕丝蛋白的抗菌复合材料、制备及应用，但该专利技术主要是利用石墨烯量子点在可见光下生成羟基自由基实现抗菌能力，需要可见光催化，具有一定的局限性，而且未涉及抗病毒功能。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种抗菌抗病毒石墨烯纳米片。该抗菌抗病毒石墨烯纳米片为一种具有尖状或锯齿状等异形结构边缘，且横向尺寸小于100nm、厚度小于10nm的小片层石墨烯纳米片，利用小片层石墨烯纳米片的纳米级横向尺寸及异形结构边缘能够瞬间刺破微米级病菌的细胞壁或刺破纳米级病毒的蛋白质薄膜，从而实现抗菌和抗病毒作用。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种抗菌抗病毒石墨烯纳米片，所述抗菌抗病毒石墨烯纳米片具有异形结构边缘，其横向尺寸小于100nm，厚度小于10nm。进一步的，所述异形结构边缘包括但不限于为尖状或锯齿状结构边缘中的一种或两种。本专利技术的目的还在于提供一种以上所述的抗菌抗病毒石墨烯纳米片的应用，所述抗菌抗病毒石墨烯纳米片用于有机基材、无机基材或金属基材的抗菌抗病毒处理。进一步的，所述抗菌抗病毒石墨烯纳米片抗菌抗病毒处理的方法包括但不限于为共混改性、接枝改性或涂层改性中的任一种或多种。进一步的，所述异形结构边缘为尖状结构边缘，且所述横向尺寸小于50nm，厚度小于6nm。进一步的，所述横向尺寸为0.5-20nm，厚度为0.34-5nm。进一步的，所述抗菌抗病毒石墨烯纳米片的杂原子含量＜2wt％，缺陷密度ID/IG＜0.02。进一步的，所述抗菌抗病毒石墨烯纳米片的制备方法包括但不限于为光刻法、金属纳米粒子剪切法、扫描探针蚀刻法、电子束蚀刻法、等离子蚀刻法、电子束诱导撕裂法中的一种或多种。进一步的，所述抗菌抗病毒石墨烯纳米片用于念珠菌、霉菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、链球菌、假单胞菌的抗菌处理和流感病毒、新型冠状病毒、肝炎病毒、肠道病毒、SARS病毒和HIV病毒的抗病毒处理。进一步的，所述抗菌抗病毒石墨烯纳米片的抑菌率≥90％，抗病毒率≥95％；其中，对所述念珠菌的抑菌率≥95％，对所述大肠杆菌的抑菌率≥99％，对所述金黄色葡萄球菌的抑菌率≥97％；对所述流感病毒的抗病毒活性率≥95％。有益效果与现有技术相比，本专利技术提供的抗菌抗病毒石墨烯纳米片及其应用具有如下有益效果：(1)本专利技术提供的抗菌抗病毒石墨烯纳米片，采用横向尺寸在100nm以内的石墨烯纳米片，更甚者采用横向尺寸在30nm以内的石墨烯纳米片，其纳米级的横向尺寸一方面增大了石墨烯的比表面积，进而增加其与病菌和病毒的接触概率；另一方面，纳米级的横向尺寸与5nm以内的厚度尺寸相结合，其边缘相比微米级横向尺寸更锋利，更易刺破病菌细胞壁或病毒蛋白质膜。进一步的本专利技术选用具有异形结构边缘的石墨烯纳米片，在上述所述抗菌和抗病毒优势的条件下，尖状或锯齿状等异形结构边缘进一步增加其边缘的锋利度，从而能够有效刺破纳米级病毒的蛋白质薄膜，抑制其复制和转录，实现高效抗病毒的目的。(2)本专利技术提供的抗菌抗病毒石墨烯纳米片，对其缺陷密度及杂原子类缺陷进行了限定，能够更好地实现抗菌和抗病毒效果。而且石墨烯极小的缺陷和其纳米级横向尺寸可能对抗菌和抗病毒具有协同作用。因此本专利技术不仅提供了一种具有高效抗菌和抗病毒功能的石墨烯纳米片结构，还对石墨烯的抗病毒研究具有导向作用，克服现了有技术因为忽略了病毒独特的结构和传播原理，而无法实现石墨烯高效抗病毒功能的壁垒。(3)本专利技术提供的抗菌抗病毒石墨烯纳米片，能够广泛用于面料(例如服装、口罩、防护用品、床具等)、清洁用品(如杯具、抹布等)、办公用品(显示屏、鼠标等)、建筑(墙壁、电梯等)和生物医学领域用品(创可贴、医学纱布等)的抗菌和抗病毒处理，且抗菌和抗病毒效果优异，对抗菌和抗病毒石墨烯的研究和应用开辟了新的思路和途径，具有重要的指导意义和应用价值。附图说明图1为本专利技术抗菌抗病毒石墨烯纳米片的TEM图。具体实施方式以下将对本专利技术各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本专利技术所保护的范围。本专利技术提供了一种抗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗菌抗病毒石墨烯纳米片，其特征在于，所述抗菌抗病毒石墨烯纳米片具有异形结构边缘，其横向尺寸小于100nm，厚度小于10nm。/n

【技术特征摘要】
1.一种抗菌抗病毒石墨烯纳米片，其特征在于，所述抗菌抗病毒石墨烯纳米片具有异形结构边缘，其横向尺寸小于100nm，厚度小于10nm。


2.根据权利要求1所述的具有异形结构边缘的抗菌抗病毒石墨烯纳米片，其特征在于，所述异形结构边缘包括但不限于为尖状或锯齿状结构边缘中的一种或两种。


3.一种利要求1至2中任一项权利要求所述的抗菌抗病毒石墨烯纳米片的应用，其特征在于，所述抗菌抗病毒石墨烯纳米片用于有机基材、无机基材或金属基材的抗菌抗病毒处理。


4.根据权利要求3所述的具有异形结构边缘的抗菌抗病毒石墨烯纳米片，其特征在于，所述抗菌抗病毒石墨烯纳米片抗菌抗病毒处理的方法包括但不限于为共混改性、接枝改性或涂层改性中的任一种或多种。


5.根据权利要求3所述的抗菌抗病毒石墨烯纳米片，其特征在于，所述异形结构边缘为尖状结构边缘，且所述抗菌抗病毒石墨烯纳米片的横向尺寸小于50nm，厚度小于6nm。


6.根据权利要求5所述的抗菌抗病毒石墨烯纳米片，其特征在于，所述横向尺寸为0.5-20nm，厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾伟荣，曾伟城，
申请(专利权)人：广东极客亮技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44