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一种GSH修饰的硫化纳米簇抑菌材料的制备方法和硫化银纳米簇抑菌材料

阅读:1025发布:2020-06-04

专利汇可以提供一种GSH修饰的硫化纳米簇抑菌材料的制备方法和硫化银纳米簇抑菌材料专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种GSH修饰的硫化 银 纳米簇抑菌材料的制备方法,步骤如下:⑴S2-前驱体的合成:将硫粉溶解于 水 合肼溶液中,在室温下搅拌至固体粉末完全溶解,得到橘黄色的透明溶液,置于4℃陈化48h,得S2-前驱体;⑵室温下,将GSH和AgNO3混合溶液在氮气保护和强烈的搅拌条件下形成白色的超分子水溶胶,接着加入S2-前驱体,此时溶液变成澄清的黄棕色溶液,继续搅拌混合溶液30min后停止,得GSH-Ag2S;⑶将反应得到的GSH-Ag2S与异丙醇溶液进行充分混匀,离心溶解于去离子水中,即得。本方法制备的硫化银纳米簇具有更强的 稳定性 ,有效防止了纳米银颗粒的团聚以及 氧 化,且抑菌效果更强。,下面是一种GSH修饰的硫化纳米簇抑菌材料的制备方法和硫化银纳米簇抑菌材料专利的具体信息内容。

1.一种GSH修饰的硫化纳米簇抑菌材料的制备方法,其特征在于:步骤如下:
⑴S2-前驱体的合成:将硫粉溶解于合肼溶液中,在室温下搅拌至固体粉末完全溶解,得到橘黄色的透明溶液,置于4℃陈化48h,得S2-前驱体;
⑵室温下,将GSH和AgNO3混合溶液在氮气保护和强烈的搅拌条件下形成白色的超分子水溶胶,接着加入S2-前驱体,此时溶液变成澄清的黄棕色溶液,继续搅拌混合溶液30min后停止,得GSH-Ag2S;
⑶将反应得到的GSH-Ag2S与异丙醇进行充分混匀,离心溶解于去离子水中,得到GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料。
2.根据权利要求1所述的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的制备方法,其特征在于:
所述步骤⑴中,称取硫粉溶于85%水合肼溶液中,硫粉:水合肼溶液的比例g:mL为0.16:10,所得到的液体进行20倍稀释待用。
3.根据权利要求1所述的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的制备方法,其特征在于:
所述步骤⑵中,将GSH与AgNO3以5:1的质量浓度比充分溶解于去离子水中,随后加入S2-前驱体,去离子水:S2-前驱体的体积比为10:0.3。
4.根据权利要求1至3任一项所述的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的制备方法,其特征在于:所述步骤⑶中,GSH-Ag2S与异丙醇以1:1的体积比进行充分混匀,8000rpm的转速离心10min,弃上清,相同操作下重复离心三次后于流动空气中静置5min使残余异丙醇彻底挥发,再将沉淀重新溶解在去离子水中,置于4℃保存。
5.一种如权利要求1至4任意一项所述的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的制备方法所得到的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料。

说明书全文

一种GSH修饰的硫化纳米簇抑菌材料的制备方法和硫化银

纳米簇抑菌材料

技术领域

背景技术

[0002] 食源性致病菌作为引发人们产生食物中毒现象的关键因素,是目前食品安全中需要迫切解决的问题。然而临床上抗生素的不合理使用导致病原菌逐步演变成耐药菌株,日益增多的耐药菌使得抗生素完全失去其优异的治疗效果。为了克服抗生素耐药性的问题,开发一种新型高效、低毒且不产生耐药性的抗菌材料是目前抗菌领域亟需解决的问题。抗菌纳米材料有其独特的物理化学特性及其固有或通过功能化修饰获得的高效杀菌活性,被认为是最有希望克服病原菌耐药性问题并有广泛应用前景的一种策略。
[0003] 银系抗菌纳米材料因其具有高效、广谱、低毒、无味、不污染环境等特点,正成为首选抗菌剂之一。目前,市场上应用的比较多的抗菌性含银物质主要是以银离子和纳米银的形式存在。但由于银的化学性质活泼,易被化等特点,导致了纳米银以及银纳米簇等抗菌剂形式体系不稳定易发生团聚现象。硫元素是一种具有许多生物活性的元素,有研究认为,单质硫和硫化合物都表现出不同的生物活性,如能降低重金属毒性、清除自由基、抗氧化活性、抗菌性等功能。在抗菌领域中,硫元素对细菌具有良好的杀灭与抑制作用,因此具有独特的抗菌活性。
[0004] 通过检索,发现如下一篇与本发明专利申请相关的专利公开文献:
[0005] 制备复合硫化银金/硫化银纳米簇的方法及其应用(CN103626124A),在分散体系中加入氯金酸溶液硫代硫酸钠溶液、硝酸银溶液和谷胱甘肽溶液;用荧光分光光度计在500nm-780nm的范围内检测其荧光谱图的变化,通过控制反应温度以及反应时间来调节复合纳米簇的形成;反应生成的颗粒即为复合硫化银金/硫化银纳米簇;通过该方法可用于汞离子的检测,即应用复合硫化银金/硫化银纳米簇荧光强度的变化的原理,可对汞离子的浓度进行检测;所制备的复合硫化银金/硫化银纳米簇作催化剂,在紫外或太阳光照射下可光降解有机化合物。本发明在生物标记、催化、化学传感、生物分子信标、细胞标记、成像等领域都有潜在的应用价值。
[0006] 通过对比,本发明专利申请与上述专利公开文献存在本质的不同。

发明内容

[0007] 本发明目的在于克服现有技术环境胁迫问题的不足之处,提供一种GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的制备方法和硫化银纳米簇抑菌材料,该方法制备的硫化银纳米簇具有更强的稳定性,有效防止了纳米银颗粒的团聚以及氧化,且抑菌效果更强。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0009] 一种GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的制备方法,步骤如下:
[0010] ⑴S2-前驱体的合成:将硫粉溶解于合肼溶液中,在室温下搅拌至固体粉末完全溶解,得到橘黄色的透明溶液,置于4℃陈化48h,得S2-前驱体;
[0011] ⑵室温下,将GSH和AgNO3混合溶液在氮气保护和强烈的搅拌条件下形成白色的超分子水溶胶,接着加入S2-前驱体,此时溶液变成澄清的黄棕色溶液,继续搅拌混合溶液30min后停止,得GSH-Ag2S;
[0012] ⑶将反应得到的GSH-Ag2S与异丙醇进行充分混匀,离心溶解于去离子水中,得到GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料。
[0013] 而且,所述步骤⑴中,称取硫粉溶于85%水合肼溶液中,硫粉:水合肼溶液的比例g:mL为0.16:10,所得到的液体进行20倍稀释待用。
[0014] 而且,所述步骤⑵中,将GSH与AgNO3以5:1的质量浓度比充分溶解于去离子水中,随后加入S2-前驱体,去离子水:S2-前驱体的体积比为10:0.3。
[0015] 而且,所述步骤⑶中,GSH-Ag2S与异丙醇以1:1的体积比进行充分混匀,8000rpm的转速离心10min,弃上清,相同操作下重复离心三次后于流动空气中静置5min使残余异丙醇彻底挥发,再将沉淀重新溶解在去离子水中,置于4℃保存。
[0016] 一种如上所述的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的制备方法所得到的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料。
[0017] 本发明取得的优点和积极效果为:
[0018] 1、相较于常规的银纳米簇,本发明方法制备的硫化银纳米簇具有更强的稳定性,有效防止了纳米银颗粒的团聚以及氧化,且抑菌效果更强。
[0019] 2、本发明方法合成的硫化银纳米簇表面由GSH分子作为表面修饰剂,显示出了很好的水溶性,反应条件温和,操作简单且易于控制。
[0020] 3、本发明方法结合银系纳米材料与硫元素的良好抗菌效果,制备出一种水溶性好且生物相容性良好的GSH修饰的硫化银纳米簇,其抑菌效果强且稳定性好。抑菌实验证明,本发明所合成的纳米抗菌材料对沙氏菌有明显的抑制活性,其在实际生物医学与食品安全领域具有广阔的应用前景
[0021] 4、取对数期的沙门氏菌菌液与不同浓度的硫化银纳米簇充分混匀反应一段时间后,利用平板计数法分析纳米材料对沙门氏菌的抑制效率,结果显示,该硫化银纳米簇对沙门氏菌具有优异的抑制活性,且具有良好的生物相容性,细胞毒性较低。附图说明
[0022] 图1为本发明中所制备的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的透射电镜图;
[0023] 图2为本发明中所制备的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的紫外-可见吸收及荧光光谱图;
[0024] 图3为本发明中所制备的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的X射线衍射图谱;
[0025] 图4为本发明中所制备的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的红外光谱图;
[0026] 图5为本发明中所制备的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的X-射线光电子能谱图,其中,(a)为全谱,(b)为Ag(3d)轨道,(c)为S(2p)轨道,(d)为C(1s)轨道;
[0027] 图6为本发明中验证实施例1所制备的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料在不同工作浓度下对沙门氏菌的抑菌率图;
[0028] 图7为本发明中验证实施例2所制备的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料处理沙门氏菌后对其菌落生长的影响图;
[0029] 图8为本发明中验证实施例3所制备的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料在不同工作浓度下对沙门氏菌的生长曲线的影响图,其中,a.空白对照,b.750μg/mL,c.375μg/mL,d.188μg/mL。

具体实施方式

[0030] 下面详细叙述本发明的实施例,需要说明的是,本实施例是叙述性的,不是限定性的,不能以此限定本发明的保护范围。
[0031] 本发明中所使用的原料,如无特殊说明,均为常规的市售产品;本发明中所使用的方法,如无特殊说明,均为本领域的常规方法。
[0032] 一种GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的制备方法,步骤如下:
[0033] ⑴S2-前驱体的合成:将硫粉溶解于水合肼溶液中,在室温下搅拌至固体粉末完全溶解,得到橘黄色的透明溶液,置于4℃陈化48h,得S2-前驱体;
[0034] ⑵室温下,将GSH和AgNO3混合溶液在氮气保护和强烈的搅拌条件下形成白色的超2-
分子水溶胶,接着加入S 前驱体,此时溶液变成澄清的黄棕色溶液,继续搅拌混合溶液
30min后停止,得GSH-Ag2S;
[0035] ⑶将反应得到的GSH-Ag2S与异丙醇溶液进行充分混匀,离心溶解于去离子水中,得到GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料。
[0036] 而且,所述步骤⑴中,称取硫粉溶于85%水合肼溶液中,硫粉:水合肼溶液的比例g:mL为0.16:10,所得到的液体进行20倍稀释待用。
[0037] 而且,所述步骤⑵中,将GSH与AgNO3以5:1的质量浓度比充分溶解于去离子水中,随后加入S2-前驱体,去离子水:S2-前驱体的体积比为10:0.3。
[0038] 而且,所述步骤⑶中,GSH-Ag2S与异丙醇溶液(分析纯)以1:1的体积比进行充分混匀,8000rpm的转速离心10min,弃上清,相同操作下重复离心三次后于流动空气中静置5min使残余异丙醇彻底挥发,再将沉淀重新溶解在去离子水中,置于4℃保存。
[0039] 一种如上所述的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的制备方法所得到的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料。
[0040] 具体地,相关步骤如下:
[0041] 一、还原型谷胱甘肽(GSH)修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的制备方法,具体如下:
[0042] 首先需要合成S2-前驱体,准确称量0.16g的硫粉将其溶解在10mL的水合肼(85%)溶液中,在室温下进行搅拌,有气泡生成并伴有臭味,直到固体粉末完全溶解,溶液由无色2-
变为橘黄色的透明液体,将其置于4℃箱陈化48h。合成的S 前驱体在使用之前进行20倍稀释。准确称取0.7683g GSH与0.0849g AgNO3(50mM GSH与10mM AgNO3),在室温下将二者充分溶解于50mL的去离子水中,过程中不间断的通入氮气并加入转子进行强烈的搅拌,形成白色的超分子水溶胶。随后加入约1.5mL稀释了20倍的S2-前驱体,当溶液由白色浑浊液变为澄清的黄棕色溶液时开始计时,继续搅拌混合溶液反应30min后停止。将反应得到的GSH-Ag2S与异丙醇溶液以1:1的体积比进行充分混匀,8000rpm的转速进行10min离心,弃上清。
相同操作下重复离心三次后于流动空气中静置5min使残余异丙醇彻底挥发,再将沉淀重新溶解在去离子水中,置于4℃保存。
[0043] 对制得的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料进行表征,具体如下:
[0044] (1)透射电镜(TEM)测试
[0045] GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的形貌如图1所示。从图中可以看出,所制备的硫化银纳米簇呈尺寸均一、单分散态的规则球形结构,平均粒径为2.4±0.6nm。
[0046] (2)紫外-可见吸收光光谱(UV-vis)测试
[0047] GSH所修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的紫外-可见吸收及荧光光谱图,如图2所示。紫外-可见吸收光谱(实线)中看不到Ag或者Ag2S纳米晶的特征吸收峰,只在400nm以下显示出了一个最强吸收峰,约在348nm处,它所对应的是小尺寸纳米簇的吸收,并且根据荧光光谱(虚线)可以看出所合成材料对应最大荧光发射波长位于681nm处。该结果证明本发明成功制备了GSH所修饰的硫化银纳米簇抑菌材料。
[0048] (3)X射线衍射图谱(XRD)测试
[0049] GSH所修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的干燥粉末,对其进行XRD图谱分析,如图3所示,该抑菌材料在2θ的20°和40°之间有个宽的衍射峰,表明不存在任何的Ag2S纳米晶或者纳米粒子的衍射峰出现。
[0050] (4)红外光谱图(FT-IR)测试
[0051] GSH所修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的红外光谱图如图4所示,在3344cm-1处宽的吸收峰,代表O-H和N-H的拉伸振动。1637cm-1处的尖峰是由于硫化银纳米簇表面的羧酸基团的C=O振动引起的。在2490cm-1处没有观察到游离巯基的特征吸收峰,表明GSH分子是通过Ag-硫醇键结合到硫化银纳米簇的表面。
[0052] (5)X-射线光电子能谱(XPS)测试
[0053] GSH所修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的XPS测试能其表面组分和元素的价态和含量进行分析。结果如图5所示,(a)的XPS全谱中可以看到四个尖锐的峰,分别对应于O(1s)、Ag(3d)、C(1s)和S(2p)的光电子能谱。接着分别对所含元素的化学态进行分析,如(b),Ag(3d)峰分裂出两个高峰,结合能367.7eV处表明硫化银纳米簇中的Ag元素是单价的。图(c)中S(2p)峰分裂出两个峰,结合能分别是163.1和161.7eV,分别对应于S和Ag-S。图(d)中C(1s)峰分裂出四个额外的峰,这四个尖峰的结合能分别是284.6、285.7、287.6和288.2eV,分别对应于-CH2-CH3、-CH-、-CONH2和-COOH基团。由XPS确定的硫化银纳米簇的表面组分与FTIR结果一致。
[0054] 验证实施例1
[0055] 对GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料在抑制沙门氏菌上的应用进行了测试,具体如下:
[0056] (1)抑菌定性实验
[0057] LB液体培养基:胰蛋白胨5.0g,酵母提取物2.5g,氯化钠5.0g,溶于500mL双蒸水。LB固体培养基是在上述液体培养基的基础上再加入15g琼脂。以上两种培养基均经121℃高压灭菌15min,灭好菌的液体培养基冷却至室温,放置于4℃冰箱中备用。固体培养基则于未凝固时于超净台中倒入平皿中冷却,放置于4℃冰箱中备用。取-80℃下保存的沙门氏菌,在LB琼脂平板上划板,于37℃培养箱内倒置活化培养过夜。然后挑取单菌落于LB液体培养基的试管中,在37℃的摇床上以200rpm的转速培养至对数期。取对数期的菌液与硫化银纳米簇充分混匀于去离子水中,设为实验组,并以不含材料的菌液设为空白对照组,每组分别设三个独立平行。各组沙门氏菌终浓度为103CFU/mL,与沙门氏菌作用的硫化银纳米簇终浓度为750μg/mL。将各组反应液置于4℃冰箱中孵育2h,之后每组反应液分别取100μL均匀涂布在LB琼脂平板上,转移平板置于电热恒温培养箱37℃继续培养过夜,对单菌落进行计数,计算抑菌率。
[0058] 细菌抑制率采用以下公式进行计算:
[0059] 细菌抑制率(%)=空白的菌落数-处理的菌落数/空白的菌落数×100%,抑菌率为94%
[0060] (2)抑菌生长曲线的测定
[0061] 将生长至对数期的沙门氏菌菌液稀释至106CFU/mL,取100μL菌液中添加100μL的硫化银纳米簇,硫化银纳米簇终浓度设置为750μg/mL,同时设置不添加纳米材料的空白对照组,各组于4℃冰箱中反应2h,随后将200μL体系加到9.8mL LB液体培养基中,摇床(37℃,200r/min)培养,每隔1h取200μL菌液(0-14h),利用紫外分光光度计测定波长600nm处的OD值,以进行抑菌生长曲线的绘制。
[0062] 验证实施例2
[0063] 对GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料在抑制沙门氏菌上的应用进行了测试,具体如下:
[0064] (1)抑菌定性实验
[0065] LB液体培养基:胰蛋白胨5.0g,酵母提取物2.5g,氯化钠5.0g,溶于500mL双蒸水。LB固体培养基是在上述液体培养基的基础上再加入15g琼脂。以上两种培养基均经121℃高压灭菌15min,灭好菌的液体培养基冷却至室温,放置于4℃冰箱中备用。固体培养基则于未凝固时于超净台中倒入平板中冷却,放置于4℃冰箱中备用。取-80℃下保存的沙门氏菌,在LB琼脂平板上划板,于37℃培养箱内倒置活化培养过夜。然后挑取单菌落于LB液体培养基的试管中,在37℃的摇床上以200rpm的转速培养至对数期。取对数期的菌液与硫化银纳米簇充分混匀于去离子水中,设为实验组,以不含材料的菌液设为空白对照组,每组分别设三个独立平行。各组沙门氏菌终浓度为103CFU/mL,与沙门氏菌作用的硫化银纳米簇终浓度为
375μg/mL。将各组反应液置于4℃冰箱中孵育2h,之后每组反应液分别取100μL均匀涂布在LB琼脂平板上,转移平板置于电热恒温培养箱37℃继续培养过夜,对单菌落进行计数,计算抑菌率。
[0066] 细菌抑制率采用以下公式进行计算:
[0067] 细菌抑制率(%)=空白的菌落数-处理的菌落数/空白的菌落数×100%,抑菌率为60.8%
[0068] (2)抑菌生长曲线的测定
[0069] 将生长至对数期的沙门氏菌菌液稀释至106CFU/mL,取100μL菌液中添加100μL的硫化银纳米簇,硫化银纳米簇终浓度设置为375μg/mL,同时设置不添加纳米材料的空白对照组,各组于4℃冰箱中反应2h,随后将200μL体系加到9.8mL LB液体培养基中,摇床(37℃,200r/min)培养,每隔1h取200μL菌液(0-14h),利用紫外分光光度计测定波长600nm处的OD值,以进行抑菌生长曲线的绘制。
[0070] 验证实施例3
[0071] 对GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料在抑制沙门氏菌上的应用进行了测试,具体如下:
[0072] (1)抑菌定性实验
[0073] LB液体培养基:胰蛋白胨5.0g,酵母提取物2.5g,氯化钠5.0g,溶于500mL双蒸水。LB固体培养基是在上述液体培养基的基础上再加入15g琼脂。以上两种培养基均经121℃高压灭菌15min,灭好菌的液体培养基冷却至室温,放置于4℃冰箱中备用。固体培养基则于未凝固时于超净台中倒入平皿中冷却,放置于4℃冰箱中备用。取-80℃下保存的沙门氏菌,在LB琼脂平板上划板,于37℃培养箱内倒置活化培养过夜。然后挑取单菌落于LB液体培养基的试管中,在37℃的摇床上以200rpm的转速培养至对数期。取对数期的菌液与硫化银纳米簇充分混匀于去离子水中,设为实验组,以不含材料的菌液设为空白对照组,每组分别设三个独立平行。各组沙门氏菌终浓度为103CFU/mL,与沙门氏菌作用的硫化银纳米簇终浓度为
188μg/mL。将各组反应液置于4℃冰箱中孵育2h,之后每组反应液分别取100μL均匀涂布在LB琼脂平板上,转移平板置于电热恒温培养箱37℃继续培养过夜,对单菌落进行计数,计算抑菌率。
[0074] 细菌抑制率采用以下公式进行计算:
[0075] 细菌抑制率(%)=空白的菌落数-处理的菌落数/空白的菌落数×100%,抑菌率为39.4%
[0076] (2)抑菌生长曲线的测定
[0077] 将生长至对数期的沙门氏菌菌液稀释至106CFU/mL,取100μL菌液中添加100μL的硫化银纳米簇,硫化银纳米簇终浓度设置为188μg/mL,同时设置不添加纳米材料的空白对照组,各组于4℃冰箱中反应2h,随后将200μL体系加到9.8mL LB液体培养基中,摇床(37℃,200r/min)培养,每隔1h取200μL菌液(0-14h),利用紫外分光光度计测定波长600nm处的OD值,以进行抑菌生长曲线的绘制。
[0078] 对实施例1-3中的数据进行汇总,GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料对沙门氏菌的抑菌率如图6所示。在浓度为750μg/mL的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料作用下,抑菌率达到94%,具有强的杀菌效果并抑制细菌的繁殖,且抑菌率随着硫化银纳米簇浓度的增加而增加。当浓度低为188μg/mL时抑菌率仍能达到39.4%。经GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料处理后的沙门氏菌菌落生长情况如图7所示。由图中可以看出,硫化银纳米簇所产生的杀菌效果会随着浓度的增加而增强。这一结果确定了GSH修饰的硫化银纳米簇是一种具有高杀菌活性的抗菌剂,可以有效地抑制细菌的生长。所制备的GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料对沙门氏菌生长曲线的影响如图8所示。硫化银纳米簇在很大程度上延缓了沙门氏菌的生长,并且随着硫化银纳米簇浓度的升高,对沙门氏菌的抑制效果更为强烈,当加入的硫化银纳米簇浓度为188μg/mL时,沙门氏菌在4h后才开始有生长迹象。而其他两种浓度处理下的沙门氏菌在培养6h后才逐渐开始生长。这些结果均能显示出GSH修饰的硫化银纳米簇抑菌材料的强效杀菌能力。
[0079] 尽管为说明目的公开了本发明的实施例,但是本领域的技术人员可以理解:在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内,各种替换、变化和修改都是可能的,因此,本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
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