專利名稱：以通草為載體的納米銀抗菌材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抗菌材料，特別是一種以通草為載體的納米銀抗菌材料；本發(fā)明還涉及所述以通草為載體的納米銀抗菌材料的制備方法。
背景技術(shù)：
納米銀粒子屬于納米貴金屬粒子，是指粒徑在1～100nm之間的金屬銀微粒，也稱為超微貴金屬粒子。納米銀材料的優(yōu)異性能取決于其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，納米銀粒子具有顯著的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，因而顯示出不同于常規(guī)材料的生物、熱、光、電、磁、催化和敏感等特性，使其能應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)、光電材料、催化劑、磁性材料領(lǐng)域。
銀自古以來就在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。在遠(yuǎn)古時(shí)代，就有人發(fā)現(xiàn)銀具有消毒殺菌的功能。在中國古代有人用銀器存放食物，防止細(xì)菌生長；古代腓尼基人為了保鮮，在航海過程中用銀質(zhì)器皿盛水、酒、醋等液體；古代地中海居民也把銀幣放入木水桶中，來阻止細(xì)菌、海藻等腐敗微生物的生長。1893年，C.Von Nageli經(jīng)過系統(tǒng)的研究，首次報(bào)道了金屬(尤其是銀)對細(xì)菌和其它低等生物的致死效應(yīng)，使銀有可能成為一種消毒劑。
作為金屬銀的一種特殊形態(tài)的納米銀，在發(fā)揮銀的抗菌功效的同時(shí)，由于顆粒極微小，表面積較大，具有超強(qiáng)的活性及更強(qiáng)的組織滲透性，其殺菌作用是普通銀的數(shù)百倍。另外，由于納米尺度的金屬銀的表面電子特性，它可以與細(xì)菌的蛋白質(zhì)分子上的巰基、胺基等吸電子基團(tuán)形成配體，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了抗菌效果。其抗菌原理為，金屬銀離子與細(xì)菌接觸后，Ag+會與細(xì)菌體蛋白酶上的巰基(-SH)結(jié)合，使細(xì)胞的蛋白酶喪失活性，造成細(xì)胞固有成分被破壞，產(chǎn)生功能障礙而死亡，因而細(xì)菌的生長和繁殖便得到抑制。
目前，納米銀已廣泛應(yīng)用到各種醫(yī)用及抗菌材料，如醫(yī)療檢測、抗菌材料、護(hù)膚美容用品等領(lǐng)域。例如，中國發(fā)明專利CN87100231A(
公開日1987年11月18日中)公開了一種抗菌防臭織物，將腈綸織物先后與Cu+、堿性綠4復(fù)合交聯(lián)，產(chǎn)品對金葡球菌、白葡球菌、MRSA、白色念球菌等有抑菌功效，可用于防臭的內(nèi)衣褲、襪、鞋墊和醫(yī)藥、食品工業(yè)的工作服。
美國專利(專利號5785972，
公開日1998年7月28日)利用納米銀和蜂蜜及蠟菊油配制了一種防止燒傷和燙傷感染的膏劑，可涂敷在人體傷口上防止感染。
美國專利(申請?zhí)?0030153880A1，
公開日2003年8月14日)發(fā)布了一種可噴出治療呼吸道感染氣霧劑的裝置，該裝置噴出的氣霧劑中含有膠體狀態(tài)的納米銀，專利申請人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)含有納米銀的氣霧劑被噴射到人體呼吸道的粘膜上后，可治療多種病菌引起的呼吸道感染。
美國專利(專利號6358516，
公開日2002年3月19日)報(bào)道了一種含有納米銀顆粒的護(hù)膚用品，納米銀顆粒在其中的作用為殺菌。
上述專利報(bào)道中所使用的納米銀是以膠體納米銀形式存在的。這種膠體銀是納米銀顆粒分散到水中形成的懸浮液，該懸浮液是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，在一定的時(shí)間內(nèi)會發(fā)生納米銀聚集而從分散介質(zhì)中沉淀出來，使產(chǎn)品的抗菌效果大幅降低。同時(shí)，在具體使用過程中還存在生產(chǎn)、操作及存儲不便等諸多問題。
為了解決納米銀的聚集問題，美國專利(專利號6379712，
公開日2002年5月2日)發(fā)布一種含有納米銀的燈芯草粉末的制備方法。該方法先制備納米銀分散體，然后將燈心草(一種草本植物)浸漬到預(yù)先制備好的納米銀膠體溶液中，利用燈芯草的微孔吸附納米銀溶液，然后把浸有納米銀的燈心草水洗干燥后粉碎成一定尺寸的粉末。這些粉末具有顯著的抗菌作用。但是，這種方法是利用燈芯草的微孔對納米銀膠體的物理吸附作用將納米銀吸附到燈芯草的纖維素表面，這種物理吸附作用力極弱，在后續(xù)的水洗工藝中，若洗滌次數(shù)過多則將大量納米銀洗脫，造成浪費(fèi)；若洗滌次數(shù)過少則難以洗脫因化學(xué)反應(yīng)而生成的雜質(zhì)，而導(dǎo)致最終產(chǎn)品對人體有一定的刺激性。另外，該產(chǎn)品的制備工藝過程較復(fù)雜，使生產(chǎn)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以通草為載體的納米銀抗菌材料，納米銀顆粒通過靜電相互作用附著在通草的纖維表面和微孔內(nèi)，使生長在通草載體上的納米銀顆粒獲得高度的分散性和穩(wěn)定性，以實(shí)現(xiàn)高效和持久的抗菌效果。
本發(fā)明的目的還在于提供所述納米銀抗菌材料的制備方法。
本發(fā)明的以通草為載體的納米銀抗菌材料，由納米銀顆粒附著通草粉末的表面及微孔內(nèi)構(gòu)成；其納米銀的含量為2-5％重量；所述通草粉末的粒徑為1微米-100微米，所述納米銀的粒徑為1-100納米。
本發(fā)明的以通草為載體的納米銀抗菌材料，可以抑制細(xì)菌和真菌的生長，所述細(xì)菌和真菌包括但不限于以下種類沙門氏菌、耐藥大腸桿菌、耐藥金葡萄球菌、耐藥綠膿桿菌、化膿鏈球菌、耐藥腸球菌，厭氧菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、肺炎桿菌、綠膿桿菌、白色念珠菌及其它G+、G-性致病菌、沙眼衣原體、淋球菌、白假絲酵母。
本發(fā)明所述的通草為一草本植物，別名大通草、通花、方草，為五加科植物通脫木Tetrapanax papyriferus(Hook.)K.Koch的莖髓。主要產(chǎn)地為臺灣、貴州、廣西、云南。其莖髓呈圓柱狀，長30-60cm，直徑1.2-3cm。表面白色或淡黃白色，有縱細(xì)紋。質(zhì)疏松，內(nèi)含大量微孔，斷面白色，有光澤，中央有直徑0.6-1.5cm的半透明圓形隔膜；縱剖面可見隔膜排列整齊其微觀結(jié)構(gòu)如圖1所示。通草的主要成分為纖維素及多糖，其中，纖維素是一種富氧的天然碳水化合物，由無水葡萄糖單元通過氧原子連接成線型分子鏈。Mark，H.F.在1985年發(fā)現(xiàn)天然纖維素具有10-30nm寬的微孔結(jié)構(gòu)，這些微纖維孔彼此三維纏結(jié)。這些納米孔隙作為有效的納米反應(yīng)器促使金屬納米顆粒的形成，并促進(jìn)金屬離子與還原劑在纖維內(nèi)結(jié)合。另外，纖維素上的氧有負(fù)電子，因而帶有正電荷的貴金屬離子可通過靜電作用與纖維素大分子結(jié)合。
本發(fā)明所應(yīng)用的化學(xué)反應(yīng)原理是，以銀離子(Ag+)形式存在的各種銀化合物可以在某些還原劑的作用下被還原成單質(zhì)銀(銀原子)，若沒有特定的穩(wěn)定劑，銀原子之間相互聚集，以一定的晶格形式形成銀晶體，晶體銀不斷生長，最終形成尺度大于1微米的宏觀狀態(tài)的銀金屬。若受到一定的限制，晶體銀生長到某一尺度時(shí)將停止生長，這樣可以通過對化學(xué)反應(yīng)條件以及銀晶體外部環(huán)境的合理控制，使晶體銀的尺寸在100nm以下，成為納米銀。
本發(fā)明的基本化學(xué)反應(yīng)式如下(以NaBH4為還原劑為例)
即Ag+在BH4-的還原下，生成單質(zhì)銀，單質(zhì)銀受纖維素微孔的限制，當(dāng)其生長到納米尺度后不再繼續(xù)生長，形成以通草為載體的納米銀抗菌材料。如圖2所示。
本發(fā)明所述的以通草為載體的納米銀抗菌材料的制備方法，包括步驟(1)將通草洗凈、干燥并粉碎為0.3mm-2mm的顆粒；
(2)將上述5kg通草顆粒加入到含有2kg-4kg硝酸銀、20kg水溶液中，攪拌0.5-3小時(shí)；(3)將上述浸漬了硝酸銀溶液的通草顆粒取出，浸入到30kg 95％的醫(yī)用乙醇中，持續(xù)時(shí)間為1-6分鐘；(4)將(3)所述的通草顆粒從醫(yī)用乙醇中取出，浸入到20kg中含有100g-1kg還原劑的水溶液中，攪拌0.5-5分鐘；(5)將(4)所述的通草顆粒從還原劑的溶液中取出，用20kg蒸餾水洗滌10分鐘，再加入5-25g過氧化氫，攪拌0.5小時(shí)，再用蒸餾水洗滌；(6)將(5)得到的通草顆粒烘干并粉碎成粒徑為1微米-100微米的粉末。
所述還原劑是硼氫化鈉或檸檬酸鈉。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用的納米銀的載體為質(zhì)地疏松富含微孔的通草，具有極大的比表面積，其微觀結(jié)構(gòu)如圖1所示。本發(fā)明利用Ag+與纖維素分子中的氧原子的靜電相互作用，在通草吸取硝酸銀溶液時(shí)，使Ag+先行與纖維素結(jié)合，然后通過還原反應(yīng)，將納米銀顆粒的生成與附著同時(shí)在通草纖維素表面與納米微孔中完成，不僅簡化了制備工藝，還顯著提高了生成的納米銀在其載體通草上的附著力，有利于清洗因化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的各種雜質(zhì)，再加上通草具有極大的比表面積，可實(shí)現(xiàn)納米銀在其上的高吸附率。另外，通草本身無毒副作用，本工藝可減少對人體的刺激，不僅適用于人體的抑菌抗菌治療，還可作為抑菌和抗菌材料，用于化妝品、家居用品、工業(yè)制品等領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明通草載體的微觀結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明通草為載體的納米銀抗菌材料的微觀結(jié)構(gòu)示意圖，圖中白色亮點(diǎn)為納米銀顆粒。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1以通草為載體的納米銀抗菌材料的制備。
(1)將通草用蒸餾水洗凈、經(jīng)氣流干燥并粉碎為粒經(jīng)范圍在0.3mm-2mm之間的顆粒；(2)將上述5kg通草顆粒加入到含有2kg硝酸銀、20kg的水溶液中，攪拌0.5小時(shí)；(3)將上述浸漬了硝酸銀溶液的通草顆粒取出，浸入到30kg 95％的醫(yī)用乙醇中，持續(xù)時(shí)間為1分鐘；(4)將(3)所述的通草顆粒從醫(yī)用乙醇中取出，浸入到20kg中含有100g的硼氫化鈉水溶液中，攪拌0.5分鐘；(5)將(4)所述的通草顆粒從硼氫化鈉的水溶液中取出，用20kg蒸餾水洗滌10分鐘，再加入5g過氧化氫，攪拌0.5小時(shí)，再用蒸餾水洗滌10分鐘；(6)將(5)得到的通草顆粒經(jīng)氣流烘干并粉碎成粒徑為范圍在1微米-100微米之間的粉末。
實(shí)施例2以通草為載體的納米銀抗菌材料的制備。
(1)將通草用蒸餾水洗凈、經(jīng)氣流干燥并粉碎為粒經(jīng)范圍在0.3mm-2mm之間的顆粒；
(2)將上述5kg通草顆粒加入到含有3kg硝酸銀、20kg的水溶液中，攪拌1.5小時(shí)；(3)將上述浸漬了硝酸銀溶液的通草顆粒取出，浸入到30kg 95％的醫(yī)用乙醇中，持續(xù)時(shí)間為3分鐘；(4)將(3)所述的通草顆粒從醫(yī)用乙醇中取出，浸入到20kg中含有500g的硼氫化鈉水溶液中，攪拌3分鐘；(5)將(4)所述的通草顆粒從硼氫化鈉的水溶液中取出，用20kg蒸餾水洗滌10分鐘，再加入10g過氧化氫，攪拌0.5小時(shí)，再用蒸餾水洗滌；(6)將(5)得到的通草顆粒經(jīng)紅外烘干并粉碎成粒徑范圍在1微米-100微米之間的粉末。
實(shí)施例3以通草為載體的納米銀抗菌材料的制備。
(1)將通草用蒸餾水洗凈、經(jīng)氣流干燥并粉碎為粒經(jīng)范圍在0.3mm-2mm之間的顆粒；(2)將上述5kg通草顆粒加入到含有4kg硝酸銀、20kg的水溶液中，攪拌3小時(shí)；(3)將上述浸漬了硝酸銀溶液的通草顆粒取出，浸入到30kg 95％的醫(yī)用乙醇中，持續(xù)時(shí)間為6分鐘；(4)將(3)所述的通草顆粒從醫(yī)用乙醇中取出，浸入到20kg中含有1kg的檸檬酸鈉的水溶液中，攪拌5分鐘；(5)將(4)所述的通草顆粒從的檸檬酸鈉水溶液中取出，用20kg蒸餾水洗滌10分鐘，再加入25過氧化氫，攪拌0.5小時(shí)，再用蒸餾水洗滌；(6)將(5)得到的通草顆粒經(jīng)紅外烘干并粉碎成粒徑范圍在1微米-100微米之間的粉末。
對實(shí)施例1、2、3得到的以通草為載體的納米銀抗菌材料采用滴定法測定材料中納米銀的百分含量。
(1)滴定原理稱取一定量的以通草為載體的納米銀抗菌材料，首先用濃硝酸將納米銀溶解成銀離子(Ag+)，并加入指示劑。然后向其中滴加可以與銀離子反應(yīng)生成沉淀的NH4SCN，當(dāng)銀離子被消耗完畢后，繼續(xù)滴加的NH4SCN可與溶液中的指示劑NH4Fe(SO4)2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而使溶液呈亮紅褐色，此時(shí)為滴定終點(diǎn)。通過已滴加NH4SCN的總量可以計(jì)算溶液中銀離子的質(zhì)量，也即納米銀的質(zhì)量。其反應(yīng)化學(xué)方程式如下
(2)溶液準(zhǔn)備溶劑 6M HNO3；指示劑10％NH4Fe(SO4)2；滴定液NH4SCN。
稱取0.75g NH4SCN放入1000ml容量瓶并加水至刻度線。
(3)標(biāo)準(zhǔn)銀溶液的配置稱取1.0000g的Ag粉，加入100ml6N HNO3，水浴加熱，待銀粉完全溶解則將容量瓶加到1000ml，標(biāo)準(zhǔn)Ag溶液的濃度為1mg/ml。
(4)標(biāo)準(zhǔn)NH4SCN溶液的配置
取10ml標(biāo)準(zhǔn)Ag溶液，依次加入10ml水、6N HNO3(含量為1-10％)、1-2ml 10％NH4Fe(SO4)2，再加入水使總體積達(dá)到80-100ml。用已配好的NH4SCN滴定，達(dá)到終點(diǎn)并記錄。連續(xù)三次取平均值并使誤差不超過0.10ml。
(5)納米銀顆粒的標(biāo)定分析稱取100.0mg的以通草為載體的納米銀抗菌材料，加入20-30ml 6NHNO3，低溫水浴加熱直到輕微沸騰溶液成無色，稀釋至1 00ml并加入1-2mlNH4Fe(SO4)2，開始滴定至溶液出現(xiàn)亮紅褐色。
(6)納米銀的百分含量可由下式求出 根據(jù)上述方法檢測到實(shí)施例1、2、3制備的以通草為載體的納米銀抗菌材料中納米銀的重量百分含量分別為2％，3％和5％。
對實(shí)施例1、2、3得到的以通草為載體的納米銀抗菌材料的最低抑菌濃度(MIC)的檢測(一)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中華人民共和國衛(wèi)生部2002版“消毒技術(shù)規(guī)范”2.1.8最低抑菌濃度測定試驗(yàn)。
(二)檢驗(yàn)步驟1)抑菌溶液的配制以無菌操作取5g以通草為載體的納米銀抗菌材料粉末樣品，放入45ml滅菌磷酸緩沖液中，充分震蕩溶解，配成10％的均勻分散的懸液。
2)含抑菌劑培養(yǎng)基配制將已配成10％的抗懸液用PBS做對倍系列稀釋成不同濃度的受試液，置45℃～50℃水浴恒溫備用。
3)雙倍濃度培養(yǎng)基配制將76gMH瓊脂干粉培養(yǎng)基溶于1000ml水中。加熱至沸騰溶解。然后121℃壓力蒸汽滅菌15min，置45℃～50℃水浴備用。此培養(yǎng)基將用于稀釋抑菌懸液。
4)含抑菌液培養(yǎng)基的配制分別取10ml系列稀釋的抑菌液加入平皿內(nèi)。將在45℃～50℃水浴中的雙倍MH瓊脂10ml，加進(jìn)平皿內(nèi)，邊加邊搖晃平板，使抑菌液和培養(yǎng)基充分混勻。
5)用加樣器取1μl～2μl(含菌量約為107cfu/ml)菌懸液點(diǎn)種于含抑菌液培養(yǎng)基的平皿，接種后所形成的菌液圈直徑約5mm～8mm(每個(gè)點(diǎn)菌量約為104cfu)。
6)以同樣方法接種不含抑菌成分的MH瓊脂平板，作為陽性對照。
7)將接種后的平板放置35℃培養(yǎng)箱中，倒置培養(yǎng)18h～24h，觀察結(jié)果。
(三)判定標(biāo)準(zhǔn)菌落生長被完全抑制的最低抑菌液濃度為該樣品對受試菌的MIC。
(四)測定結(jié)果以通草為載體的納米銀抗菌材料的最低抑菌濃度(MIC)測定結(jié)果如表1所示，其中MIC的單位為mg(納米銀)/l。
表1

表1的結(jié)果說明，本發(fā)明的通草為載體的納米銀抗菌材料具有優(yōu)越的抑菌效果。
權(quán)利要求
1.一種以通草為載體的納米銀抗菌材料，其特征在于由納米銀顆粒附著通草粉末的表面及微孔內(nèi)構(gòu)成；其納米銀的含量為2-5％重量；所述通草粉末的粒徑為1微米-100微米，所述納米銀的粒徑為1-100納米。
2.權(quán)利要求1所述的以通草為載體的納米銀抗菌材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)將通草洗凈、干燥并粉碎為粒經(jīng)范圍在0.3mm-2mm之間的顆粒；(2)將上述5kg通草顆粒加入到含有2kg-4kg硝酸銀、20kg水溶液中，攪拌0.5-3小時(shí)；(3)將上述浸漬了硝酸銀溶液的通草顆粒取出，浸入到30kg 95％的醫(yī)用乙醇中，持續(xù)時(shí)間為1-6分鐘；(4)將(3)所述的通草顆粒從醫(yī)用乙醇中取出，浸入到20kg中含有100g-1kg還原劑的水溶液中，攪拌0.5-5分鐘；(5)將(4)所述的通草顆粒從還原劑的溶液中取出，用20kg蒸餾水洗滌10分鐘，再加入5-25g過氧化氫，攪拌0.5小時(shí)，再用蒸餾水洗滌；(6)將(5)得到的通草顆粒烘干并粉碎成粒徑為1微米-100微米的粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的以通草為載體的納米銀抗菌材料的制備方法，其特征在于所述還原劑是硼氫化鈉或檸檬酸鈉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以通草為載體的納米銀抗菌材料及其制備方法，所述抗菌材料由納米銀顆粒附著通草粉末的表面及微孔內(nèi)構(gòu)成；其納米銀的含量為2－5％重量；所述通草粉末的粒徑為1微米－100微米，所述納米銀的粒徑為1－100納米。本發(fā)明使納米銀顆粒通過靜電相互作用附著在通草的纖維表面和微孔內(nèi)，使生長在通草載體上的納米銀顆粒獲得高度的分散性和穩(wěn)定性，以實(shí)現(xiàn)高效和持久的抗菌和抑菌效果。
文檔編號A01N25/08GK1600104SQ20041005138
公開日2005年3月30日 申請日期2004年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月8日
發(fā)明者曾鈁, 李娜, 何素梅, 何錦波 申請人:何素梅, 何錦波