改性石墨烯负载纳米银/聚乙烯醇抗菌水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性石墨烯负载纳米银/聚乙烯醇抗菌水凝胶及其制备方法，属于生物材料技术领域。复合水凝胶由聚乙烯醇溶液、化学改性石墨烯、纳米银制成。采用改进Hummers法制备氧化石墨烯，用聚醚胺D230对其进行改性，利用改性后氧化石墨烯上的活性位点，静电吸附硝酸银后，加入硼氢化钠还原剂同时还原氧化石墨烯和硝酸银，制得聚醚胺D230改性石墨烯负载纳米银分散液，加入一定浓度的聚乙烯醇溶液，通过循环冻融法使聚乙烯醇中的羟基通过氢键进行物理交联，即得冷冻

【技术实现步骤摘要】
改性石墨烯负载纳米银/聚乙烯醇抗菌水凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种抗菌水凝胶，特别涉及一种改性石墨烯负载纳米银/聚乙烯醇基抗菌水凝胶的制备方法。

技术介绍

[0002]当今，随着生物材料和医疗器械的迅速发展，医疗感染给临床医生带来了严重的问题，这些生物材料和医疗设备，包括关节植入物、伤口敷料、导管、心脏起搏器和隐形眼镜，带来了与植入相关的感染，因此迫切需要固有的抗菌生物材料和医疗设备。在各类抗菌材料中，水凝胶具有亲水性、较强的保水能力、遇水膨胀、耐酸性、较强的对环境的敏感度和优良的生物相容性等优点。由于其可降解且具有较好的柔韧性，在医药领域尤其是抗菌领域引起了广泛的关注。纳米银具备强大抑菌能力，并且具备广谱杀菌的能力。和抗生素不同的是，其不会产生耐药性且稳定性较好，杀菌结束后可持续杀菌。这些优异的作用使纳米银在抗菌杀菌领域发挥出重要的作用。氧化石墨烯(GO)是石墨烯的氧化产物，其表面具有较大的比表面积和含氧基团，性质活泼。GO由于极性高，耐热性有限，利用聚醚胺D230改性氧化石墨烯可以有效提高耐热性，同时将氧化石墨烯引入水凝胶三维网络结构中可以显著提高水凝胶的力学性能。
[0003]因此，如何将改性氧化石墨烯、纳米银和聚乙烯醇组合制备出抗菌性能较好的材料，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
[0004]现有技术中，例如中国专利CN 107854721 B公开了一种抗菌水凝胶的制备方法，该水凝胶以重氮树脂和羧化壳聚糖为原料制备。但是重氮树脂低毒，对人体有害，制备的水凝胶形成的抑菌圈较小，抗菌性能较差；中国专利CN 106432755 B公开了一种种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法，但是其引入了N,N,N',N'
‑
四甲基乙二胺作为催化剂，导致制得的抗菌水凝胶的生物相容性较差，对皮肤具有一定的刺激性。
[0005]因此，如何提供一种性能较优的改性氧化石墨烯、纳米银和聚乙烯醇组合制备出具有较好抗菌性能的材料是急需解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种改性石墨烯负载纳米银/聚乙烯醇基抗菌水凝胶及其制备方法，以解决现有技术中制备的抗菌型水凝胶力学性能差、生物相容性不高等问题。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0008]本专利技术提供一种改性石墨烯负载纳米银/聚乙烯醇抗菌水凝胶，所述水凝胶的组成按重量组分计包括：80
‑
100份聚乙烯醇、0.4
‑
0.8份氧化石墨烯、5
‑
8份聚醚胺D230和0.1
‑
0.4份纳米银。
[0009]本专利技术提供一种上述水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0010](3)氧化石墨烯溶液的制备：冰浴条件下，将4.5ml浓硫酸，1.5g过硫酸钾粉末，
1.5g五氧化二磷粉末置于250ml锥形瓶中，加入3g的石墨粉，升高温度保持6h，自然冷却至室温后，稀释、抽滤、洗涤至中性，室温下自然干燥，获得预处理样品；取1g预处理样品及0.5g硝酸钠加入23ml的浓硫酸溶液中，3h内缓慢滴加3g高锰酸钾，持续冰水浴搅拌0.5h，连续搅拌反应2h，再移至38℃反应0.5h，升高温度至95℃反应0.5h，高温反应后加入60ml去离子水继续缓慢搅拌，加入15ml 30％过氧化氢溶液，反应15min后加入40ml 1mol/L盐酸溶液，放置沉降，低速离心下层沉淀，洗涤后放置于冷冻干燥机持续干燥1天，制备得氧化石墨烯粉末；
[0011](4)聚醚胺D230改性氧化石墨烯的制备：在80℃条件下，称取0.1g氧化石墨烯粉末加入到200mL去离子水中进行机械搅拌，超声处理并于30min时加入10
‑
15g的聚醚胺D230，制得聚醚胺D230改性氧化石墨烯溶液；
[0012](3)聚醚胺D230改性氧化石墨烯/聚乙烯醇分散液的制备：于恒温水浴锅中配置浓度为0.1
‑
0.5g/ml的聚乙烯醇溶液，在90℃条件下，将1ml聚醚胺D230改性的氧化石墨烯溶液加入到20ml聚乙烯醇溶液中，搅拌10min，超声分散30min，得到聚醚胺D230改性的氧化石墨烯分散液；
[0013](4)水凝胶的制备：在60℃的恒温水浴锅中，向步骤(3)所得分散液加入1
‑
4ml的0.2mol/L硝酸银溶液，加入0.2mL 0.3mol/L的氢氧化钠溶液，搅拌10min，加入0.5ml 0.1mol/L的硼氢化钠溶液，在N2气氛下超声处理30min，倒入玻璃模具中，冷冻24h后解冻2h，重复冷冻
‑
解冻多次即得所述水凝胶。
[0014]进一步，步骤(4)中冷冻温度为
‑
20
±
2℃，解冻温度为20
±
2℃。
[0015]进一步，步骤(4)中重复冷冻
‑
解冻次数为3次。
[0016]本专利技术还提供一种上述制备方法制得的水凝胶在人造皮肤、抗菌敷料及伤口绷带等领域中的应用。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0018]本专利技术利用硝酸银作为银源，采用原位还原银离子制备氧化石墨烯负载纳米银/聚乙烯醇基抗菌水凝胶，操作简单且具有较高的条件可控性。其次，利用氧化石墨烯结构中的含氧基团与聚乙烯醇链中羟基相互作用形成氢键，增强水凝胶的机械性能。在氧化石墨烯上原位还原纳米银，优化水凝胶的抗菌性能，相较于在聚乙烯醇中加入戊二醛等交联剂来说，本专利技术采用的方法更加环保安全，利用聚醚胺D230改性氧化石墨烯可以有效提高耐热性。
[0019]本专利技术利用冷冻
‑
解冻的方法，多次循环使得聚乙烯醇中的羟基之间形成氢键，相互交联得到力学性能优异的氧化石墨烯负载纳米银/聚乙烯醇基抗菌水凝胶。相较于普通聚乙烯醇基抗菌水凝胶，加入氧化石墨烯负载纳米银显著提高了抗菌性能及力学性能，且纳米银具有广谱抗菌的特点。采用冻融法制备，方便操作，具有良好的生物相容性，在人造皮肤、韧带以及作为伤口绷带敷料等领域具有广阔的前景。
具体实施方式
[0020]下面，举实施例说明本专利技术，但是，本专利技术并不限于下述的实施例。
[0021]根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所详述的本发
明。
[0022]空白对照
[0023]所述水凝胶其原料按重量份包括：聚乙烯醇含量为80
‑
100份。
[0024]聚乙烯醇水凝胶的制备：在90℃的恒温水浴锅中，配置质量分数13％的聚乙烯醇溶液，超声处理30min除气泡后，倒入玻璃模具中，在
‑
20
±
2℃中冷冻24h，在20
±
2℃解冻2h，重复冷冻
‑
解冻3次，即得所述聚乙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性石墨烯负载纳米银/聚乙烯醇抗菌水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的组成按重量组分计包括：80
‑
100份聚乙烯醇、0.4
‑
0.8份氧化石墨烯、5
‑
8份聚醚胺D230和0.1
‑
0.4份纳米银。2.权利要求1所述水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)氧化石墨烯溶液的制备：冰浴条件下，将4.5ml浓硫酸，1.5g过硫酸钾粉末，1.5g五氧化二磷粉末置于250ml锥形瓶中，加入3g的石墨粉，升高温度保持6h，自然冷却至室温后，稀释、抽滤、洗涤至中性，室温下自然干燥，获得预处理样品；取1g预处理样品及0.5g硝酸钠加入23ml的浓硫酸溶液中，3h内缓慢滴加3g高锰酸钾，持续冰水浴搅拌0.5h，连续搅拌反应2h，再移至38℃反应0.5h，升高温度至95℃反应0.5h，高温反应后加入60ml去离子水继续缓慢搅拌，加入15ml 30％过氧化氢溶液，反应15min后加入40ml 1mol/L盐酸溶液，放置沉降，低速离心下层沉淀，洗涤后放置于冷冻干燥机持续干燥1天，制备得氧化石墨烯粉末；(2)聚醚胺D230改性氧化石墨烯的制备：在80℃条件下，称取0.1g氧化石墨烯粉末加入到200mL去离子水中进行机械搅拌，超声处理并于30min时加入10
‑
1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建军，许雨芩，张毅倩，张悦，吴庆云，吴明元，张建安，刘久逸，
申请(专利权)人：安徽鼎洋生物基材料有限公司，
类型：发明
国别省市：