一种抗菌纳米酶及其制备方法
技术领域
本发明涉及抗菌材料技术领域，具体涉及一种抗菌纳米酶及其制备方法。
背景技术
细菌污染是最常见的食品、环境污染之一，受细菌污染的食品会导致多种疾病。目前常用的灭菌消毒剂包括氧化剂、重金属盐、有机化合物等。化学类疗剂包括抗代谢药物或者抗生素能作用于病原微生物新陈代谢的某个环节，使其生长受到抑制或致死。但是长期使用容易使细菌产生抗药性，严重影响后期灭菌效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗菌纳米酶及其制备方法。本发明所述纳米酶在808nm近红外激光照射下产生的光热性能，以及纳米酶表面产生的活性氧自由基使其能够高效抗菌。
本发明提供了一种抗菌纳米酶的制备方法，包括以下步骤：
1)对氯金酸水溶液进行加热和搅拌，加入柠檬酸钠水溶液，煮沸20～30min，冷却得到金种溶液；
2)将氨水溶液、氯化血红素、水合肼和超声后的氧化石墨烯水溶液混合，加热至60～70℃反应3～4h，离心，清洗，烘干，得到hemin-石墨烯复合物；
3)将盐酸羟胺水溶液、步骤1)得到的金种溶液、步骤2)得到的hemin-石墨烯复合物和pH值为11～12的氯金酸水溶液混合，搅拌至溶液变为蓝绿色，再搅拌3～5min后，停止搅拌，静置8～12h，得到纳米酶；
所述步骤1)和步骤2)没有时间先后顺序的限定。
优选的是，步骤1)中，所述氯金酸水溶液中氯金酸的质量百分浓度为0.01％～0.02％，所述柠檬酸钠水溶液中柠檬酸钠的质量百分浓度为1％～2％，所述氯金酸水溶液和所述柠檬酸钠水溶液的体积比为50:(0.75～1.5)。
优选的是，步骤2)所述氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的质量浓度为0.2～0.5mg/mL。
优选的是，步骤2)所述超声后，氧化石墨烯的粒径为200nm～1μm。
优选的是，步骤2)中，所述氨水溶液的体积、氯化血红素的质量、水合肼的体积和超声后氧化石墨烯水溶液的体积比优选为60μL:10mg:10μL:40mL。
优选的是，步骤2)所述离心的条件为11000rpm，30min。
优选的是，步骤3)中，所述盐酸羟胺水溶液的体积、金种溶液的体积、hemin-石墨烯复合物的质量和pH值为11～12的氯金酸水溶液的体积比为300μL:12mL:0.02g:20mL；所述盐酸羟胺水溶液中盐酸羟胺的摩尔浓度为0.02M；所述氯金酸水溶液中氯金酸的质量百分浓度为0.01％。
本发明还提供了利用上述技术方案所述制备方法得到的抗菌纳米酶。
本发明还提供了利用上述技术方案所述制备方法得到的抗菌纳米酶或上述技术方案所述抗菌纳米酶在抗菌中的应用。
优选的是，所述应用中，向所述抗菌纳米酶提供808nm的近红外激光照射。
本发明提供了一种抗菌纳米酶的制备方法。本发明所述制备方法通过在还原后的氧化石墨烯表面原位还原氯金酸溶液，合成基于石墨烯和花型金纳米花的抗菌纳米酶复合物。本发明制备方法合成的纳米酶在808nm激光照射下迅速升温，同时产生活性氧，能产生较好的抗菌效果。较传统的化学类抗菌试剂，对环境无毒副作用，且保持优良抗菌效果的同时避免了细菌抗药性的产生。
附图说明
图1为本发明提供的纳米酶的透射电镜表征图；
图2为本发明提供的纳米酶的抗菌效果图。
具体实施方式
本发明提供了一种抗菌纳米酶的制备方法，包括以下步骤：
1)对氯金酸水溶液进行加热和搅拌，加入柠檬酸钠水溶液，煮沸20～30min，冷却得到金种溶液；
2)将氨水溶液、氯化血红素、水合肼和超声后的氧化石墨烯水溶液混合，加热至60～70℃反应3～4h，离心，清洗，烘干，得到hemin-石墨烯复合物；
3)将盐酸羟胺水溶液、步骤1)得到的金种溶液、步骤2)得到的hemin-石墨烯复合物和pH值为11～12的氯金酸水溶液混合，搅拌至溶液变为蓝绿色3～5min后，停止搅拌，静置8～12h，得到纳米酶；
所述步骤1)和步骤2)没有时间先后顺序的限定。
本发明对氯金酸水溶液进行加热和搅拌，加入柠檬酸钠水溶液，煮沸20～30min，冷却得到金种溶液。在本发明中，所述氯金酸水溶液中氯金酸的质量百分浓度优选为0.01％～0.02％，所述柠檬酸钠水溶液中柠檬酸钠的质量百分浓度优选为1％～2％，所述氯金酸水溶液和所述柠檬酸钠水溶液的体积比优选为50:(0.75～1.5)。更具体的，本发明优选配制50mL质量百分浓度为0.01％的氯金酸溶液，加热并搅拌，快速加入750μL质量百分浓度为1％的柠檬酸钠水溶液。本发明优选进行自然冷却，优选冷却至室温。本发明得到的金种溶液优选存放于4℃冰箱待用。本发明对所述氯金酸和柠檬酸钠的来源没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的氯金酸和柠檬酸钠的常规市售产品即可。
本发明将氨水溶液、氯化血红素、水合肼和超声后的氧化石墨烯水溶液混合，加热至60～70℃反应3～4h，更优选60℃反应4h，离心，清洗，烘干，得到hemin-石墨烯复合物。本发明对所述氧化石墨烯的来源没有特殊限定，优选为购自南京先丰纳米材料科技有限公司，浓度为2mg/mL的氧化石墨烯分散液。本发明优选取5mL氧化石墨烯分散液，加入35mL水中，超声得到超声后的氧化石墨烯水溶液。在本发明中，所述超声的时间优选为30min。在本发明中，所述超声后，氧化石墨烯的粒径优选为200nm～1μm，更优选为500nm。在本发明中，所述氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的质量浓度优选为0.2～0.5mg/mL，更优选为0.25mg/mL。在本发明中，所述氨水溶液的体积、氯化血红素的质量、水合肼的体积和超声后氧化石墨烯水溶液的体积比优选为60μL:10mg:10μL:40mL。具体的，本发明优选在40mL超声后的氧化石墨烯水溶液中加入60μL氨水溶液，10mg氯化血红素和10μL水合肼。本发明中，所述离心的条件优选为11000rpm，30min。本发明对所述氨水溶液、氯化血红素和水合肼的来源没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的常规市售产品即可，所述氯化血红素优选购自西格玛有限公司。本发明所述清洗优选使用超纯水进行，所述清洗的次数优选为2次。
得到金种溶液和hemin-石墨烯复合物后，本发明将盐酸羟胺水溶液、金种溶液、hemin-石墨烯复合物和pH值为11～12的氯金酸水溶液混合，搅拌至溶液变为蓝绿色，再搅拌3～5min后，停止搅拌，静置8～12h，得到纳米酶。本发明在氧化石墨烯表面原位合成花型金纳米颗粒，构建纳米酶复合物。在本发明中，所述盐酸羟胺水溶液的体积、金种溶液的体积、hemin-石墨烯复合物的质量和pH值为11～12的氯金酸水溶液的体积比优选为300μL:12mL:0.02g:20mL；所述盐酸羟胺水溶液中盐酸羟胺的摩尔浓度为0.02M；所述氯金酸水溶液中氯金酸的质量百分浓度为0.01％。在本发明中，所述氯金酸水溶液的pH值更优选为11.5。具体的，本发明优选将50mL氯金酸水溶液(质量百分浓度为0.01％)用浓度为1M的氢氧化钠调整pH为11.5，加入12mL金种溶液，300μL 0.02M盐酸羟胺，和0.02g hemin-石墨烯复合物。本发明对盐酸羟胺的来源没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的常规盐酸羟胺市售产品即可。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法得到的抗菌纳米酶。本发明所述纳米酶在808nm激光照射下迅速升温，同时产生活性氧，产生较好的抗菌效果。即本发明利用所述纳米酶的强光热性能和催化性质，实现高效、安全的抗菌效果。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法得到的抗菌纳米酶或上述技术方案所述抗菌纳米酶在抗菌中的应用。例如用于耐药大肠杆菌的杀菌抗菌处理。
本发明所述应用中，优选需要向所述抗菌纳米酶提供808nm的近红外激光照射。
下面结合具体实施例对本发明所述的一种抗菌纳米酶及其制备方法做进一步详细的介绍，本发明的技术方案包括但不限于以下实施例。
实施例1
纳米酶的制备方法
首先合成金种溶液，将所有玻璃容器清洗干净烘干。配制50mL质量百分浓度为0.01％氯金酸水溶液，将溶液加热并搅拌，快速加入750μL质量百分浓度为1％的柠檬酸钠水溶液，保持煮沸状态20min后停止加热，自然冷却至室温，存放于4℃冰箱待用。
合成hemin-石墨烯复合物，35mL水中加入5mL氧化石墨烯分散液，超声30min。加入60μL氨水溶液，10mg氯化血红素和10μL水合肼，在60℃条件下保持4h。随后，离心该溶液(11000rpm，30min)，期间用超纯水清洗2次。制得的溶液烘干存放于4℃冰箱待用。
最后合成hemin-石墨烯-金纳米花复合物，50mL氯金酸(0.01％)用浓度为1M的氢氧化钠调整pH为11.5，加入12mL制备的金种溶液，300μL0.02M盐酸羟胺，以及0.02g制备的hemin-石墨烯复合物，并不断搅拌。溶液颜色变为蓝绿色。3min后停止搅拌过夜，制得纳米酶溶液，如图1所示(合成的纳米酶的透射电镜表征图，从电镜图中可以看出石墨烯表面原位生长了很花型金纳米颗粒(粒径在50nm左右)，粒径比较均一)。
实施例2
纳米酶在激光照射下对耐药大肠杆菌(AmprE.coli)的抗菌性能
100μg/mL纳米酶溶液和1.0×105CFU mL-1细菌共同孵育20min，稀释100倍后取100μL细菌悬浊液平铺到培养皿中的LB培养基上，37C孵育18h。开启808nm的激光器，电流调至0.5A，将培养皿放置激光探头下照射10min后记录细菌存活率，同时使用不含纳米酶溶液的细菌培养皿(细菌浓度为1.0×105CFUmL-1)作为对照组，采用相同的实验操作。
其实验结果：808nm激光照射10min后，不含纳米酶溶液的细菌培养皿的细菌存活率为99％，含有100μg.mL-1纳米酶溶液的细菌培养皿中细菌存活率为28％。表明纳米酶对耐药大肠杆菌(Ampr E.coli)具有很好的杀菌效果，如图2(纳米酶的抗菌效果图)所示，其中，A为不含纳米酶溶液的细菌培养皿经808nm激光照射10min后图片；B为含100ug.ml-1纳米酶溶液的细菌培养皿经808nm激光照射10min后图片。
实施例3
不同浓度纳米酶激光照射下对耐药大肠杆菌(Ampr E.coli)的抗菌性能实验分为5组，分别将浓度为0μg/mL(组1)，50μg/mL(组2)，80μg/mL(组3)，100μg/mL(组4)，120μg/mL(组5)的纳米酶溶液和1.0×105CFU mL-1细菌共同孵育20min，稀释100倍后取100μL细菌悬浊液平铺到培养皿中的LB培养基上，37℃孵育18h。开启808nm的激光器，电流调至0.5A，将培养皿放置激光探头下照射10min后记录细菌存活率，组1细菌存活率为97.5％，组2细菌存活率为76.2％，组3细菌存活率为55.2％，组4细菌存活率为28.6％，组5细菌存活率为18.8％。表明纳米酶对耐药大肠杆菌(Ampr E.coli)的杀菌效果与纳米酶浓度相关，在一定范围内纳米酶浓度越大，杀菌效果越好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
