金屬納米顆粒摻雜的抗菌劑及其制備和使用方法
【專利說(shuō)明】金屬納未顆粒慘雜的丨幾囷劑及其制備和使用方法
[0001] 本申請(qǐng)要求于2013年8月20日提交的印度專利申請(qǐng)第2463/DEL/2013號(hào)的優(yōu)先 權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0002] 由微生物造成的水污染對(duì)公共健康造成了威脅。盡管包括重金屬和溶解性固體在 內(nèi)的很多水污染可以在水源處被去除，然而對(duì)飲用水中細(xì)菌的控制仍然需要有效的水凈化 器。例如臭氧，氯及其衍生物，紫外光及輻射，一些化學(xué)制劑以及物理處理被用于抑制水的 細(xì)菌污染。然而，在經(jīng)過(guò)處理的水中所殘留的制劑可能具有有害的副作用。
[0003] 例如銀（Ag)以及銅（Cu)的金屬納米顆粒的抗菌特性是眾所周知的。金屬納米顆 粒的抗菌特性歸因于這些納米顆粒的較小的尺寸和高面容比，這使得這些粒子可以與細(xì)菌 緊密的相互作用。具有抗菌特性的金屬納米顆?？梢员煌扛苍趶V泛應(yīng)用中的表面上，例如 醫(yī)療機(jī)械以及水處理和食品處理設(shè)備的表面上。然而，金屬納米顆粒例如銀納米顆粒的合 成是非常昂貴的。另外，也很難實(shí)現(xiàn)金屬納米顆粒在基底中的均勻分布。具有不均勻分布 的金屬納米顆粒的材料不能有效的控制和/或抑制細(xì)菌在介質(zhì)例如水中的生長(zhǎng)。
[0004] 概述
[0005] 上述僅是說(shuō)明性的，并不以任何方式限制。除了以上所述的說(shuō)明性的方面、實(shí)施例 和特征，參考附圖以及下面的詳細(xì)說(shuō)明，其他方面、實(shí)施例和特征也將變得明顯。
[0006] 簡(jiǎn)要的，根據(jù)一個(gè)方面，提供一種金屬納米顆粒摻雜的多孔碳珠（carbon bead)， 具有大約0. 4mm到大約0. 6mm的平均尺寸。其中所述金屬納米顆粒摻雜的多孔碳珠摻雜有 銀、銅或其組合。
[0007] 根據(jù)另一個(gè)方面，提供一種形成金屬納米顆粒摻雜的多孔碳珠的方法。該方法包 括：制備至少一種單體的反應(yīng)混合物，至少一種溶劑以及至少一種催化劑，用于形成聚合物 珠。該方法包括將一種或多種金屬鹽添加到反應(yīng)混合物以形成金屬納米顆粒摻雜的聚合物 珠。該方法還包括碳化和活化該金屬納米顆粒摻雜的聚合物珠，以形成多孔金屬氧化物摻 雜的活化的碳珠。該方法還包括減少該金屬氧化物摻雜的活化的碳珠以形成金屬納米顆粒 摻雜的多孔碳珠。
[0008] 根據(jù)另一個(gè)方面，提供一種用于抑制細(xì)菌的抗菌劑。該抗菌劑包括一種或多種金 屬納米顆粒摻雜的多孔碳珠。所述一種或多種金屬納米顆粒摻雜的多孔碳珠摻雜有銀、銅、 或其組合。
[0009] 根據(jù)另一個(gè)方面，提供一種在樣品中抑制細(xì)菌的方法。該方法包括使樣品與抗菌 劑接觸，該抗菌劑具有一種或多種金屬納米顆粒摻雜的多孔碳珠。所述一種或多種碳珠摻 雜有銀、銅或其組合。樣品中細(xì)菌的生長(zhǎng)受所述一種或多種金屬納米顆粒摻雜的多孔碳珠 控制。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1所示為形成金屬納米顆粒摻雜的多孔碳珠的方法的一個(gè)實(shí)施方案的示例流 程圖。
[0011] 圖2所示為在樣品中抑制細(xì)菌的方法的一個(gè)實(shí)施方案的示例流程圖。
[0012] 圖3所示為用于通過(guò)懸浮聚合反應(yīng)形成金屬納米顆粒摻雜的多孔碳珠的示例性 裝置。
[0013] 圖4所示為示例性單和雙金屬納米顆粒摻雜的多孔碳珠的掃描電子顯微（SEM)圖 像。
[0014] 圖5所示為示例性單金屬（銅或銀）納米顆粒摻雜的多孔碳珠的抗菌性能的圖 不O
[0015] 圖6所示為示例性雙金屬（銅和銀）納米顆粒摻雜的多孔碳珠的抗菌性能的圖 不O
【具體實(shí)施方式】
[0016] 以下將結(jié)合作為本申請(qǐng)一部分的附圖進(jìn)行詳細(xì)的描述。在這些附圖中，除非明確 地說(shuō)明，否則類似的標(biāo)記一般代表類似的部件。在【具體實(shí)施方式】部分的示例性實(shí)施例，附 圖，以及權(quán)利要求都并非限定性的。在不脫離本申請(qǐng)主題的精神或者范圍的情況下還可以 采用其他的實(shí)施例或做出其他的變化。可以理解的是，本申請(qǐng)的各方面，如在此所述的以及 體現(xiàn)在附圖中的那樣，可以被安排、替換、結(jié)合、分離、以及采用大量不同的方式加以設(shè)計(jì)， 這些都是可以被明確預(yù)期的。
[0017] 在說(shuō)明書(shū)中和/或權(quán)利要求中明確或隱含描述的化合物、材料或物質(zhì)，屬于一組 或是結(jié)構(gòu)上、組分上和/或功能上相關(guān)的化合物、材料、或物質(zhì)，包括該組的單個(gè)代表以及 所有的組合。盡管各種合成物、方法以及設(shè)備被描述為"包括"各種成分或步驟（被解釋為 "包括，但不限于"），但這些合成物、方法和設(shè)備也可以"基本上僅包括"或"僅包括"這些各 種成分和步驟，并且這些用語(yǔ)應(yīng)該被解釋為基本封閉的組成。
[0018] 示例性實(shí)施方案是關(guān)于形成可以用作用來(lái)凈水的抗菌劑的金屬納米顆粒摻雜的 多孔碳珠（carbon bead)的技術(shù)。這種技術(shù)提供具有微米尺寸的金屬納米摻雜的多孔碳珠， 利用懸浮聚合反應(yīng)形成這種碳珠。例如銅和銀的金屬在原位（in-situ)被摻入珠中，并且 這些珠被活化（activate)和碳化以形成金屬納米顆粒摻雜的多孔碳珠。這些珠具有很大 的表面積并在其微米間隙孔中承載有金屬納米顆粒，從而珠中的金屬納米顆?？梢耘c細(xì)菌 接觸。這種材料具有抗菌劑的作用，并且可以被用于有效地控制水中細(xì)菌的生長(zhǎng)。
[0019] 參考圖1，所示為形成金屬納米顆粒摻雜的多孔碳珠的流程圖100。在塊102,制 備至少一種單體、至少一種溶劑以及至少一種催化劑的反應(yīng)混合物以用于形成聚合物珠。 在這個(gè)例子中，聚合物珠由懸浮聚合反應(yīng)形成。在一些實(shí)施方案中，僅采用一種類型的單 體。在一些實(shí)施方案中，采用兩種不同的單體。在另一些實(shí)施方案中，采用兩種以上的不同 單體。所述至少一種單體的例子包括但不限于，乙醇、芳香醇、苯酚、乙烯基苯甲醇（vinyl benzyl)、甲酚、丁基酚、非芳香甲基丙烯酸甲酯（MM)，或它們的組合。
[0020] 所述至少一種溶劑的例子包括但不限于，甲醛、乙醛、三聚乙醛、乙二醛，或其組 合。在一些實(shí)施方案中，所述催化劑是堿催化劑。所述至少一種催化劑的例子包括但不限 于，三乙胺（TEA)、氫氧化鈉、氫氧化鋇、二甲胺，或者其組合。
[0021] 在本實(shí)施方案中，所述至少一種單體、所述至少一種溶劑和所述至少一種催化劑 被加熱以形成熱反應(yīng)混合物。在一些實(shí)施方案中，所述至少一種單體、至少一種溶劑、以及 至少一種催化劑在大約20°C至大約30°C的溫度下混合直至該混合物為均質(zhì)的。隨后將該 混合物加熱到大約ioo°c的溫度。對(duì)該混合物加熱的速度保持在每分鐘大約rc至每分鐘 大約5°C。加熱速度的特定實(shí)例包括大約每分鐘rc，大約每分鐘2°C，大約每分鐘3°C，大 約每分鐘4°c，大約每分鐘5°C，以及在這些值中任意兩個(gè)之間的范圍（包括端點(diǎn)）。
[0022] 在一些實(shí)施方案中，所述經(jīng)加熱的混合物與含水溶液接觸。在一些實(shí)施方案中，該 含水溶液是水。在一些實(shí)施方案中，對(duì)該混合物繼續(xù)進(jìn)行時(shí)間段為10到60分鐘的混合。進(jìn) 行混合的時(shí)間段的特定實(shí)例包括但不限于，大約10分鐘，大約20分鐘，大約30分鐘，大約 40分鐘，大約50分鐘，大約60分鐘，以及在這些值中任意兩個(gè)之間的范圍（包括端點(diǎn)）。
[0023] 在塊104,在反應(yīng)混合物中加入交聯(lián)劑以形成交聯(lián)反應(yīng)混合物。所述交聯(lián)劑的實(shí) 例包括但不限于，六亞甲基四胺（HMTA，或六甲撐四胺（hexamine))，三乙烯二胺以及硫酸， 或其任意組合。在反應(yīng)混合物與交聯(lián)劑接觸后，混合物被加熱直至溫度達(dá)到約70°C至約 ll〇°C的值。該加熱溫度的具體示例包括大約70°C，大約80°C，大約90°C，大約100°C，大約 110°C，以及在這些值中任意兩個(gè)之間的范圍（包括端