1.本发明涉及一种纳米抗菌材料的制备方法，该方法制得的纳米抗菌材料及其用途，属于纳米材料与微生物应用领域、以及抗菌制剂技术领域。


背景技术：

2.据申请人了解，现有的纳米抗菌材料中有一类在近红外激光照射下产生光热以抗菌的材料，采用这种材料进行抗菌可以避免使用抗生素导致产生菌株耐药性的风险。然而，此类材料还存在以下缺陷：(1)合成工艺复杂，浪费人力财力；(2)光热性能并不理想，达到理想效果需要浪费能源(如大功率近红外激光照射)；(3)粉末或颗粒状抗菌材料易脱落，难以持续杀菌。因此，亟待研制能够克服以上缺陷的纳米抗菌材料。
3.经检索发现，专利号cn201810178541.1、授权公告号cn108392675b的发明专利公开了一种基于二硫化钼与光敏剂近红外光响应纳米抗菌涂层的制备方法，具体包括钛片的打磨去污，运用水热法制备具有近红外光热抗菌性的二硫化钼纳米涂层；通过滴加光敏剂ir780，使ir780的光敏性与二硫化钼光热性产生协同抗菌效果。申请号cn202010674645.9、申请公布号cn111838148a的发明专利申请公开了一种钴掺杂氧化锌/二硫化钼纳米复合抗菌剂的制备方法，利用二硫化钼纳米片的大比表面积和表面吸附能力强等优点，将细菌吸附至其表面，然后协同负载在二硫化钼纳米片表面及层间的钴(co)掺杂氧化锌(zno)发挥高效抗菌作用，将细菌杀死，最终制备一种生物相容性好、抗菌活性高的新型纳米复合抗菌剂。本发明的技术成果明显不同于上述技术方案。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是：克服现有技术存在的问题，提供一种纳米抗菌材料的制备方法，所得纳米抗菌材料具有广谱抗菌性能。同时还提出相应的纳米抗菌材料及其用途。
5.本发明解决其技术问题的技术方案如下：
6.一种纳米抗菌材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
7.第一步、采用二硫化钼纳米花；将二硫化钼纳米花经超声均匀分散于无水乙醇中，向其中加入α-硫辛酸，搅拌反应；反应结束后，将反应液离心并去除上清，将所得固形物洗涤后真空冻干，即得二硫化钼-硫辛酸纳米复合材料；
8.第二步、取所得二硫化钼-硫辛酸纳米复合材料，超声分散于无水乙醇中，加入偶联剂进行活化；之后，逐滴加入由壳寡糖溶于去离子水形成的溶液，搅拌反应；反应结束后，将反应液离心并去除上清，将所得固形物洗涤后真空冻干，即得二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米复合材料。
9.该方法先将二硫化钼(mos2)纳米花与α-硫辛酸(la)反应获得二硫化钼-硫辛酸纳米复合材料(mos
2-la)，再继续与壳寡糖(cos)反应获得二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米复合材料(mos
2-la-cos)。该方法步骤简洁，操作简便，所得二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米复合材料具有广谱抗菌性能。
10.本发明进一步完善的技术方案如下：
11.优选地，所述制备方法还包括以下步骤：
12.第三步、取所得二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米复合材料，分散于去离子水中；加入聚乙烯醇并搅拌；将所得混悬液超声后经静电纺丝获得纳米纤维膜，将所得纳米纤维膜先于40℃
±
5℃真空干燥，再于150℃
±
5℃真空干燥箱中交联，即得聚乙烯醇-二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米纤维膜。
13.采用以上优选方案，可进一步获得聚乙烯醇-二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米纤维膜(pva/mos
2-la-cos)，该纳米纤维膜具有广谱抗菌性能，并且能够避免粉体或者固体抗菌材易脱落的应用局限性，对细菌具有强大的杀伤能力。
14.优选地，第一步中，α-硫辛酸的重量至少为二硫化钼纳米花重量的2倍；第二步中，壳寡糖的重量至少为二硫化钼-硫辛酸纳米复合材料重量的1.5倍。
15.优选地，第三步中，二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米复合材料与去离子水的比例为8
±
0.1mg：10ml；二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米复合材料与聚乙烯醇的重量比为1：100
±
10。
16.采用以上优选方案，可进一步优化各步骤中关键的物料比例。
17.优选地，第二步中，所述偶联剂由质量比3
±
1：1的edc和nhs构成，活化时间为至少15分钟；第一步和第二步中，搅拌反应的时间分别为至少12小时；离心速度分别为至少5000rpm，离心时间分别为至少5分钟；洗涤时依次用无水乙醇、去离子水分别洗涤至少三次；洗涤后弃去上清液并置于真空冷冻干燥机内冻干。
18.优选地，第一步中，所述二硫化钼纳米花是在licl-kcl-(nh4)6mo7o
24-kscn熔体系统中，于温度673k以及0.5a恒电流下电解制备获得的。
19.采用以上优选方案，可进一步优化第一步和第二步的具体技术特征。注：edc为n-乙基-n
′‑
(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，nhs为n-羟基琥珀酰亚胺。
20.优选地，第三步中，搅拌温度为环境温度，搅拌时间为至少12小时；超声时间为至少10分钟；先将超声后的混悬液转移入注射器内，再进行静电纺丝；静电纺丝的时间为至少10小时；经静电纺丝所得的纳米纤维膜附着于接收基布上，在真空干燥后先纳米纤维膜从基布上剥离下来，再置于真空干燥箱中交联；真空干燥的时间为至少12小时，交联的时间为至少24小时。
21.更优选地，所述注射器为无菌注射器，所述注射器的针头型号为20-g；静电纺丝的具体参数为：正电压：20.0kv；负电压：-3kv；针尖与接收器距离：15cm；混悬液流速：1.00ml/h；所述基布为铝箔纸。
22.采用以上优选方案，可进一步优化第三步的具体技术特征。
23.本发明还提出：
24.前文所述制备方法制得的二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米复合材料或前文所述制备方法制得的聚乙烯醇-二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米纤维膜。
25.前文所述二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米复合材料或聚乙烯醇-二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米纤维膜用于制备抗菌剂的用途。
26.与现有技术相比，本发明步骤简洁，操作简便，所得二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米复合材料具有广谱抗菌性能，所得聚乙烯醇-二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米纤维膜不仅具有广谱抗菌性能，并且能够避免粉体或者固体抗菌材易脱落的应用局限性，对细菌具有强
大的杀伤能力；均可应用于个人卫生用品如口罩的快速光热灭菌。
附图说明
27.图1为本发明实施例1的反应原理示意图。
28.图2为本发明实施例2的扫描电镜图(sem)(a)、eds能谱分析及元素分布图(b,c)。
29.图3为本发明实施例2的傅里叶红外光谱图(a)、xps全谱图(b)。
30.图4为本发明实施例3的光热升温曲线及光热图像(a)、抗菌涂板试验结果(b)。
31.图5为本发明实施例4的扫描电镜图(a,b,c)、直径分布图(d,e,f)以及元素分布图(g)。其中，a图和d图的材料为pva，b图和e图的材料为pva/mos
2-la-cos0.5，c图、f图以及g图的材料为pva/mos
2-la-cos1。
32.图6为本发明实施例5的光热升温曲线及光热图像(a)、抗菌涂板试验结果(b)。
具体实施方式
33.下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
34.实施例1
35.本实施例为制备二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米复合材料、聚乙烯醇-二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米纤维膜。
36.本实施例的基本制备过程包括：
37.第一步、采用二硫化钼纳米花；将二硫化钼纳米花经超声均匀分散于无水乙醇中，向其中加入α-硫辛酸，搅拌反应；反应结束后，将反应液离心并去除上清，将所得固形物洗涤后真空冻干，即得二硫化钼-硫辛酸纳米复合材料。
38.第二步、取所得二硫化钼-硫辛酸纳米复合材料，超声分散于无水乙醇中，加入偶联剂进行活化；之后，逐滴加入由壳寡糖溶于去离子水形成的溶液，搅拌反应；反应结束后，将反应液离心并去除上清，将所得固形物洗涤后真空冻干，即得二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米复合材料。
39.第三步、取所得二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米复合材料，分散于去离子水中；加入聚乙烯醇并搅拌；将所得混悬液超声后经静电纺丝获得纳米纤维膜，将所得纳米纤维膜先于40℃
±
5℃真空干燥，再于150℃
±
5℃真空干燥箱中交联，即得聚乙烯醇-二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米纤维膜。
40.具体而言，第一步中，α-硫辛酸的重量至少为二硫化钼纳米花重量的2倍；第二步中，壳寡糖的重量至少为二硫化钼-硫辛酸纳米复合材料重量的1.5倍。
41.第三步中，二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米复合材料与去离子水的比例为8
±
0.1mg：10ml；二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米复合材料与聚乙烯醇的重量比为1：100
±
10。
42.第二步中，偶联剂由质量比3
±
1：1的edc和nhs构成，活化时间为至少15分钟；第一步和第二步中，搅拌反应的时间分别为至少12小时；离心速度分别为至少5000rpm，离心时间分别为至少5分钟；洗涤时依次用无水乙醇、去离子水分别洗涤至少三次；洗涤后弃去上清液并置于真空冷冻干燥机内冻干。
43.此外，第一步中，二硫化钼纳米花是在licl-kcl-(nh4)6mo7o
24-kscn熔体系统中，于
温度673k以及0.5a恒电流下电解制备获得的。
44.第三步中，搅拌温度为环境温度，搅拌时间为至少12小时；超声时间为至少10分钟；先将超声后的混悬液转移入注射器内，再进行静电纺丝；静电纺丝的时间为至少10小时；经静电纺丝所得的纳米纤维膜附着于接收基布上，在真空干燥后先纳米纤维膜从基布上剥离下来，再置于真空干燥箱中交联；真空干燥的时间为至少12小时，交联的时间为至少24小时。
45.注射器为无菌注射器，注射器的针头型号为20-g；静电纺丝的具体参数为：正电压：20.0kv；负电压：-3kv；针尖与接收器距离：15cm；混悬液流速：1.00ml/h；基布为铝箔纸。
46.以下是作为示例的具体制备过程：
47.(1)在licl-kcl-(nh4)6mo7o
24-kscn熔体系统中，于温度673k以及0.5a恒电流下电解制备获得花瓣状纳米mos2(即mos2纳米花)。
48.(2)称取50毫克mos2纳米花，通过超声均匀分散于无水乙醇中，随后称取100毫克α-硫辛酸(la)加入含有mos2纳米花的无水乙醇中，搅拌过夜。所得混悬液经5000rpm离心5分钟，去除上清，分别用无水乙醇、去离子水洗涤三次，最后弃去上清液，将得到的样品放在真空冷冻干燥机中冻干，得到mos
2-la。该材料中，α-硫辛酸(la)通过二硫键连接修饰mos2纳米花。
49.(3)称取30毫克上述mos
2-la产物，超声分散于无水乙醇中，加入质量比为3：1的edc：nhs偶联剂活化15分钟。将过量的壳寡糖(cos)溶于少量去离子水，逐滴加入上述混悬液，搅拌过夜。所得混悬液经5000rpm离心5分钟，去除上清，分别用无水乙醇、去离子水洗涤三次，弃去上清液，真空冷冻干燥机中冻干，得到mos
2-la-cos。该材料中，壳寡糖(cos)通过酰胺键连接mos
2-la。
50.(4)称取8毫克上述mos
2-la-cos产物，分散于10毫升去离子水中，再称取0.8克聚乙烯醇(pva)加入其中，环境温度搅拌过夜，所得混悬液超声10分钟，转入10毫升一次性使用无菌注射器内，针头型号为20-g；静电纺丝参数：正电压：20.0kv；负电压：-3kv；针尖与接收器距离：15cm；混悬液流速：1.00ml/h。静电纺丝10h，得到纳米纤维膜，置于40℃真空干燥箱内干燥过夜，从接收基布铝箔纸上剥离下来，随后置于150℃真空干燥箱交联24小时，获得pva/mos
2-la-cos纳米纤维膜。
51.实施例2
52.本实施例采用实施例1制得的二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米复合材料(mos
2-la-cos)进行多项检测。以下是对实施例1示例制得的mos
2-la-cos进行检测的结果。
53.图2为mos
2-la-cos的扫描电镜图(sem)和eds能谱分析及元素分布图。从图中可以看出，mos
2-la-cos的表面粗糙且具有一定的厚度，但仍然保持着mos2花瓣状的形貌。eds能谱分析及元素分布图表明，mos
2-la-cos主要由mo、s、c、n等元素组成，证实了cos存在于mos2表面。
54.图3为mos
2-la-cos及各对照组(mos2、la、cos、mos
2-la)的傅里叶红外光谱图以及xps全谱图。傅里叶红外光谱图中，mos
2-la-cos在1720波数处出现新的c＝o特征峰，说明la成功修饰到mos2表面；mos
2-la-cos和cos在750-1750相似的波数，说明cos的成功修饰。xps全谱图显示c(284.0ev)、n(398.0ev)、o(532.0ev)、mo(229.0ev)、s(163.0ev)的特征峰，也证明了mos
2-la-cos纳米复合材料的成功制备。
55.此外，其它由实施例1制得的mos
2-la-cos的各项结果与以上结果相同或基本相同，且由各项结果得出的结论与以上结论相同。
56.实施例3
57.本实施例采用实施例1制得的二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米复合材料(mos
2-la-cos)进行光热抗菌检测，并以实施例1采用的二硫化钼纳米花作为对比。
58.以下是对实施例1示例制得的mos
2-la-cos、以及该示例采用的花瓣状纳米mos2作为对比进行检测。
59.将花瓣状纳米mos2、mos
2-la-cos纳米复合材料分别分散在去离子水中，在808nm近红外光下系统测试光热效应。如图4的a图所示，在808nm近红外激光照射下，在各固定功率密度下(0.8w/cm2，1.3w/cm2，1.8w/cm2)，mos
2-la-cos纳米复合材料的光热效应随着浓度(25μg/ml，50μg/ml，100μg/ml)增大而增强；在保持mos
2-la-cos纳米复合材料的浓度(25μg/ml)时，光热效应随着功率密度(0.8w/cm2，1.3w/cm2，1.8w/cm2)增大而增强。在经808nm近红外激光照射10分钟后，mos2和mos
2-la-cos溶液(浓度均为25μg/ml，功率密度为1.3w/cm2)温度分别升高为12℃、27℃，而纯水的温度升高仅为3.2℃。两者之间温升的差异可能来源于la接枝对二硫化钼造成氧化产生具有更强光热效应的五价钼。实时光热图像也显示mos
2-la-cos纳米复合材料相较于花瓣状mos2具有的更强的光热效应，这主要来源于mos
2-la-cos纳米复合材料中la的存在，依据为：mos
2-la纳米复合材料相较于mos2温度大幅升高，而mos
2-la-cos纳米复合材料与mos
2-la纳米复合材料温度变化幅度较小。
60.将花瓣状mos2以及mos
2-la-cos纳米复合材料分别与大肠杆菌、金黄色葡萄球菌共同孵育后用功率密度为1.3w/cm2的808nm近红外激光照射10分钟，均匀涂布于琼脂固体培养基上，实验结果如图4的b图所示，在未进行近红外激光(nir)照射时，两种材料对于两种细菌几乎没有抗菌作用；近红外激光(nir)照射后，对照组及mos2(25μg/ml)组的琼脂平板上细菌菌落与无nir时没有显著的差异，而mos
2-la-cos+nir组对于两种细菌的杀伤率从琼脂平板上可以明显看出，几乎没有新的菌落出现。由于mos
2-la-cos表面带正电，可以通过静电相互作用到达细菌表面，在近红外光照射下产生局部热疗，使细菌中的酶失活及代谢紊乱来到达杀灭细菌的作用。
61.以上结果表明，mos
2-la-cos纳米复合材料在近红外激光照射下具有增强的抗菌作用，能够增强二硫化钼纳米材料的光热性能和抗菌效果；对多种细菌具有杀灭作用，达到广谱、高效、持续杀菌。由于抗菌过程中未涉及抗生素，因此在抗菌的同时能防止菌株抗药性的产生。
62.此外，其它由实施例1制得的mos
2-la-cos的各项结果与以上结果相同或基本相同，且由各项结果得出的结论与以上结论相同。
63.实施例4
64.本实施例采用实施例1制得的聚乙烯醇-二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米纤维膜(pva/mos
2-la-cos)进行多项检测。
65.以下是对实施例1示例制得的pva/mos
2-la-cos进行检测的结果。
66.对比材料为pva纳米纤维膜，且其制备过程如下：称取0.8克聚乙烯醇(pva)加入10毫升去离子水中，环境温度搅拌过夜，所得混悬液超声10分钟，转入10毫升一次性使用无菌注射器内，针头型号为20-g；静电纺丝参数：正电压：20.0kv；负电压：-3kv；针尖与接收器距
离：15cm；混悬液流速：1.00ml/h。静电纺丝10h，得到纳米纤维膜，置于40℃真空干燥箱内干燥过夜，从接收基布铝箔纸上剥离下来，随后置于150℃真空干燥箱交联24小时，获得pva纳米纤维膜。
67.如图5的a图至f图所示，pva/mos
2-la-cos纳米纤维膜的扫描电子显微镜结果显示，pva/mos
2-la-cos纳米纤维膜具有较均匀的纤维结构，其中，pva/mos
2-la-cos0.5的纤维直径为169.4
±
23.0nm，pva/mos
2-la-cos1的纤维直径为165.7
±
16.4nm(注：pva/mos
2-la-cos0.5、pva/mos
2-la-cos1中的数字0.5、1表示mos
2-la-cos纳米复合材料相对于pva/mos
2-la-cos纳米纤维膜的质量百分比为0.5％、1％)，并且可以观察到mos
2-la-cos纳米复合材料成功结合在pva纳米纤维基底上。eds能谱分析及元素分布图(图5的g图)表明c、n、mo、s元素较为均匀的分布在纳米纤维上，以上结果表明pva/mos
2-la-cos纳米纤维膜的成功制备。
68.实施例5
69.本实施例采用实施例1制得的聚乙烯醇-二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米纤维膜(pva/mos
2-la-cos)进行光热抗菌检测。
70.以下是对实施例1示例制得的pva/mos
2-la-cos进行检测的结果。
71.对比材料为pva纳米纤维膜，且其制备过程与实施例4相同。
72.剪取pva纳米纤维膜以及pva/mos
2-la-cos纳米纤维膜，置于装有生理盐水的24孔板内，808nm的近红外激光以功率密度1.3w/cm2照射10分钟，温度变化及光热图像如图6的a图所示，mos
2-la-cos含量最高的pva/mos
2-la-cos1纳米纤维膜可以上升36.5℃，而单纯的pva纳米纤维膜仅仅上升了4.8℃，这说明pva/mos
2-la-cos纳米纤维膜的升温效果完全来自于mos
2-la-cos。
73.将pva纳米纤维膜以及不同含量的pva/mos
2-la-cos纳米纤维膜置于含有大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的24孔板内，用功率密度为1.3w/cm2的808nm近红外激光照射10分钟，吸取100微升菌液均匀涂布于琼脂固体培养基上，实验结果如图6的b图所示，没有给予近红外激光照射的pva纳米纤维膜几乎没有抗菌效果，pva/mos
2-la-cos纳米纤维膜表现出一定的抗菌能力，并且存在剂量反应关系；给予近红外激光照射10分钟后，pva/mos
2-la-cos纳米纤维膜抗菌效果明显增强，其中，pva/mos
2-la-cos1纳米纤维膜甚至可以完全杀灭细菌。以上结果表明，pva/mos
2-la-cos纳米纤维膜具有增强的抗菌作用。
74.由以上实施例可知，本发明二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米复合材料、聚乙烯醇-二硫化钼-硫辛酸-壳寡糖纳米纤维膜均具有广谱抗菌性能，均可应用于个人卫生用品如口罩的快速光热灭菌。
75.除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。