本發(fā)明涉及一種高性能抗菌材料及其制備方法，尤其涉及一種石墨烯包裹納米氧化鋅異質(zhì)結(jié)抗菌材料及其制備方法，屬于抗菌材料制備領域。

背景技術：

目前常見的抗菌材料有天然抗菌材料、有機抗菌材料以及無機抗菌材料，其中，無機抗菌材料具有廣譜、高效、耐熱性、安全性、持久性以及環(huán)境友好等諸多優(yōu)點受到廣泛的關注。在無機抗菌材料中，Ag顆粒是廣泛使用的一種材料，但Ag顆粒進入人體有害，使用過程需要注意避免進入人體。氧化鋅材料因具有無毒、吸收和散射紫外線等性能，是近年來廣受關注的抗菌材料。氧化鋅抗菌的主要機理基于其光催化過程。氧化鋅材料禁帶寬度大，吸收自然界的高能光子以后產(chǎn)生高能的電子空穴對，其中的高能空穴具有強氧化能力，通過作用于空氣中的氧和水形成氧化基團或者直接作用于菌類達到殺菌抗菌的效果。納米氧化鋅由于具有更高的比表面積，因此比常規(guī)氧化鋅具有更好的抗菌性能。

自從石墨烯材料在2004年首次被穩(wěn)定制備出來以后，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)單原子層的石墨烯材料具有優(yōu)異的電學、光學性質(zhì)，如極高的載流子遷移率、高的楊氏模量等。同時，研究發(fā)現(xiàn)納米級的石墨烯可以有效殺死細菌，因此未來有潛力用于抗菌材料領域。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種抗菌效果好、制備簡單的石墨烯包裹納米氧化鋅異質(zhì)結(jié)抗菌材料及其制備方法。

本發(fā)明的石墨烯包裹納米氧化鋅異質(zhì)結(jié)抗菌材料，該材料是以納米氧化鋅材料為基體，在納米氧化鋅表面包裹有石墨烯。

上述技術方案中，所述的納米氧化鋅材料是在某一個方向上尺寸在10納米至1微米的氧化鋅材料，可以是納米顆粒、納米線、納米帶、納米花等形態(tài)。

所述的石墨烯部分包裹或者完全包裹納米氧化鋅材料。

制備上述的石墨烯包裹納米氧化鋅異質(zhì)結(jié)抗菌材料的方法，包括如下步驟：

1)將石墨烯與納米氧化鋅材料的粉末按照重量比＝0.0001～1混合；

2)將上述混合粉末加入溶劑中，形成混合粉末的懸濁液；

3)將步驟2)得到的懸濁液進行超聲處理10秒～30分鐘；

4)將上述處理后的溶液離心并干燥，得到石墨烯包裹納米氧化鋅異質(zhì)結(jié)抗菌材料。

其中，步驟(2)所述的溶劑為去離子水、乙醇、IPA(異丙醇)、丙酮、NMP(N-甲基吡咯烷酮)、DMF(二甲基甲酰胺)中的一種或幾種的混合。

本發(fā)明的抗菌材料在氧化鋅和石墨烯自身殺菌性能的基礎上，將石墨烯與納米氧化鋅接觸可以形成肖特基異質(zhì)結(jié)，由于氧化鋅自然呈n型導電特性，石墨烯受空氣中水分影響呈p型導電特性，兩種材料結(jié)合后氧化鋅表面能帶向上彎曲，光生空穴向石墨烯層擴散，其更易擴散至表面，可大大提高終產(chǎn)物的抗菌性能。本發(fā)明充分結(jié)合氧化鋅、石墨烯本身的抗菌能力，且最終獲得的石墨烯包裹的納米氧化鋅異質(zhì)結(jié)材料可以獲得1+1>2的的抗菌效果。

附圖說明

圖1為石墨烯包裹的氧化鋅納米線的透射電子顯微鏡照片；

圖2為有/無石墨烯包裹的氧化鋅納米線的葡萄球菌抗菌性能對比。

圖3為實施例2制備得到的石墨烯包裹納米氧化鋅抗菌劑的抗菌表征結(jié)果。其中A為10mg石墨烯包裹納米氧化鋅抗菌劑作用2h后的抗菌效果，B為10mg石墨烯包裹納米氧化鋅抗菌劑作用5h后的抗菌效果，C為設置的無抗菌劑對照組。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施例進一步說明本發(fā)明。

實施例1：

1)按照重量比石墨烯：氧化鋅＝0.0001將石墨烯與氧化鋅納米線粉末放入容器中混合；氧化鋅納米線直徑約為50nm；

2)加入去離子水得到石墨烯、納米氧化鋅混合粉末懸濁液；

3)將步驟2得到的懸濁液進行超聲處理30分鐘；

4)將上述處理后的溶液離心分離并在120℃烘干得到石墨烯包裹納米氧化鋅抗菌材料。

5)將制得的固體石墨烯包裹納米氧化鋅抗菌材料，稱量10mg，加入到裝有1mL 10⁶CFU/ml大腸桿菌菌液的試管中；在試管中加入蛋白胨水800μL，然后，將試管放入到空氣浴振蕩培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)；樣品1培養(yǎng)2小時后，取出試液0.1mL，均勻涂抹在LB瓊脂培養(yǎng)皿中，倒置于37℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)16～24h，觀察并拍照記錄；樣品2培養(yǎng)5小時后，取出試液0.1mL，均勻涂抹在LB瓊脂培養(yǎng)皿中，倒置于37℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)16～24h，觀察并拍照記錄。觀察顯示，作用2h有少量菌落生長，而5h后基本可完全殺死細菌。

實施例2：

1)按照重量比石墨烯：氧化鋅＝1將石墨烯與納米氧化鋅顆粒放入容器中；氧化鋅納米顆粒粒徑約100nm；

2)加入乙醇與IPA混合溶劑得到石墨烯、納米氧化鋅混合粉末懸濁液；

3)將步驟2得到的懸濁液進行超聲處理10秒；

4)將石墨烯、納米氧化鋅離心分離并在100℃干燥得到石墨烯包裹納米氧化鋅抗菌材料。

5)將制得的固體石墨烯包裹納米氧化鋅抗菌材料，稱量10mg，加入到裝有1mL 10⁶CFU/ml金黃色葡萄球菌液的試管中；在試管中加入蛋白胨水800μL，然后，將試管放入到空氣浴振蕩培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)；樣品1培養(yǎng)2小時后，取出試液0.1mL，均勻涂抹在LB瓊脂培養(yǎng)皿中，倒置于37℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)16～24h，觀察并拍照記錄；樣品2培養(yǎng)5小時后，取出試液0.1mL，均勻涂抹在LB瓊脂培養(yǎng)皿中，倒置于37℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)16～24h，觀察并拍照記錄。石墨烯包裹納米氧化鋅抗菌劑的抗菌表征結(jié)果參見圖2和3。從圖3可以看出，作用2h有少量菌落生長，而5h后基本可完全殺死細菌。

實施例3：

1)按照重量比石墨烯：氧化鋅＝0.01將石墨烯與納米氧化鋅放入容器中；

2)加入NMP得到石墨烯、納米氧化鋅混合粉末懸濁液；

3)將步驟2得到的懸濁液進行超聲處理1分鐘；

4)將懸濁液直接烘干得到石墨烯包裹納米氧化鋅抗菌材料。

5)將制得的固體石墨烯包裹納米氧化鋅抗菌材料，稱量10mg，加入到裝有1mL 10⁶CFU/ml大腸桿菌菌液的試管中；在試管中加入蛋白胨水800μL，然后，將試管放入到空氣浴振蕩培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)；樣品1培養(yǎng)2小時后，取出試液0.1mL，均勻涂抹在LB瓊脂培養(yǎng)皿中，倒置于37℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)16～24h，觀察并拍照記錄；樣品2培養(yǎng)5小時后，取出試液0.1mL，均勻涂抹在LB瓊脂培養(yǎng)皿中，倒置于37℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)16～24h，觀察并拍照記錄。作用2h有少量菌落生長，而5h后基本可完全殺死細菌。