CN116395672A - 荧光碳点的制备方法、抑菌材料以及抑制革兰氏菌的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了荧光碳点的制备方法、抑菌材料以及抑制革兰氏菌的方法，解决了现有技术中抗菌材料的制备过程繁琐，稳定性低，成本高，毒性高、抗菌性能差的技术问题。荧光碳点的制备方法，包括步骤：将包含单宁酸和硫代乙酰胺的水溶液进行水热反应，即生成含有荧光碳点的固液混合物。抑菌材料，包括上述的制备方法制备得到的荧光碳点。抑制革兰氏菌的方法，包括步骤：获取上述的制备方法制备得到的荧光碳点或上述的抑菌材料；将荧光碳点加入到需抑制革兰氏菌的菌液中。

Description

荧光碳点的制备方法、抑菌材料以及抑制革兰氏菌的方法

技术领域

本发明涉及荧光碳点和抑菌的技术领域，具体而言，涉及荧光碳点的制备方法、抑菌材料以及抑制革兰氏菌的方法。

背景技术

细菌无处不在，有害细菌的侵袭严重影响人们的日常生活。抗生素和药物已被报道具有较强的抗菌活性，但它们的持续过度使用和滥用可能会导致细菌耐药性增加和严重的环境问题。一些贵金属纳米颗粒(如银和金纳米颗粒)和金属氧化物纳米颗粒(如TiO₂，ZnO，Fe₂O₃，CuO)具有良好的抑菌活性，但这些纳米颗粒会释放金属离子，这些金属离子对人体细胞有潜在的高毒性，严重危害人类健康和环境。

碳点(即碳量子点)是一种研究广泛的不依赖抗生素的抗菌材料，与其他抗菌材料相比，碳点的优点是无毒、光稳定性好、易于表面官能化、低制造成本和合成方法简单。但是，目前大部分技术方案是将本没有抗菌性的碳点与某些具有抗菌功能的材料如抗生素、季铵盐等偶联或者掺杂重金属离子如Cu、Ag、Zn等的手段来赋予其抗菌性，这些方法存在制备过程繁琐，稳定性低，成本高，毒性高，抗菌性能差等缺点。

发明内容

本发明的主要目的在于提供荧光碳点的制备方法、抑菌材料以及抑制革兰氏菌的方法，以解决现有技术中抗菌材料的制备过程繁琐，稳定性低，成本高，毒性高、抗菌性能差的技术问题。

为了实现上述目的，本发明首先提供了荧光碳点的制备方法，技术方案如下：

荧光碳点的制备方法，包括步骤：将包含单宁酸和硫代乙酰胺的水溶液进行水热反应，即生成含有荧光碳点的固液混合物。

作为上述的荧光碳点的制备方法的进一步改进：还包括步骤：

对固液混合物进行过滤处理，得到第一过滤液；

对过滤液进行透析处理，得到第一透析液；

对第一透析液进行过滤处理，得到荧光碳点的第一分散液。

作为上述的荧光碳点的制备方法的进一步改进：还包括步骤：

将第一分散液进行冻干处理，得到荧光碳点粉末；

将荧光碳点粉末分散于水中，得到荧光碳点的第二分散液。

作为上述的荧光碳点的制备方法的进一步改进：水热反应温度为140～210℃，水热反应时间为120～420min。优选地，水热反应温度为200℃，水热反应时间为180min。

作为上述的荧光碳点的制备方法的进一步改进：每20mL水溶液中含有0.05～0.45g单宁酸和0.01～0.2g硫代乙酰胺。优选地，每20mL水溶液中含有0.3g单宁酸和0.07g硫代乙酰胺。

为了实现上述目的，本发明其次提供了抑菌材料，技术方案如下：

抑菌材料，包括上述的制备方法制备得到的荧光碳点。

为了实现上述目的，本发明进一步提供了抑制革兰氏菌的方法，技术方案如下：

抑制革兰氏菌的方法，包括步骤：

获取上述的制备方法制备得到的荧光碳点或上述的抑菌材料；

将荧光碳点加入到需抑制革兰氏菌的菌液中。

作为上述的抑制革兰氏菌的方法的进一步改进：所述革兰氏菌为大肠杆菌和/或金黄色葡萄球菌。

本发明通过一步水热法合成得到了荧光碳点，经验证，该荧光碳点能够有效抑制革兰氏菌尤其是大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，且几乎没有细胞毒性，表现出良好的细胞相容性，具有替代传统抗生素和药物的前景。可见，本发明的工艺简单，制造成本低，稳定性好，所得材料兼具低毒性和高抑菌性，对环境无污染，是一种绿色的抑菌功能材料，有效解决了现有技术中抗菌材料的制备过程繁琐，稳定性低，成本高，毒性高，抗菌性能差的技术问题，并且有望替代传统抗生素和药物的技术问题，具有极强的实用性。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的实施例2的第二分散液的荧光发射光谱。

图2为本发明的实施例2的荧光碳点的TEM照片。

图3为本发明的实施例2的荧光碳点的XPS全谱图。

图4为本发明的实验组和空白组的抑菌试验结果示意图。

图5为本发明的荧光碳点的第二分散液的毒性测试结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：

本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本发明的荧光碳点的制备方法的具体实施方式为包括以下步骤：

(1)按照每20mL水溶液中含有0.05～0.45g单宁酸和0.01～0.2g硫代乙酰胺的配比配制水溶液。

(2)将水溶液装入反应釜进行水热反应，水热反应温度为140～210℃，水热反应时间为120～420min，水热完成后即生成含有荧光碳点的固液混合物。

(3)采用孔径为0.22μm的过滤膜对固液混合物进行过滤处理，得到第一过滤液；

(4)采用500Da的透析袋对过滤液进行透析处理，透析24h，期间每2h换一次去离子水，得到第一透析液；

(5)采用孔径为0.22μm的过滤膜对第一透析液进行过滤处理，得到荧光碳点的第一分散液。

(6)将第一分散液进行冻干处理，得到荧光碳点粉末；

(7)将荧光碳点粉末分散于水中，得到荧光碳点的第二分散液。

然后采用F98型荧光分光光度计测试第一透析液、第一分散液和第二分散液的荧光强度。

本发明的抑菌材料的具体实施方式为包括上述的制备方法制备得到的第一透析液、第一分散液或第二分散液。

测试发现，第一透析液、第一分散液和第二分散液均具有绿色荧光，说明了荧光碳点的成功制备，且均具有抗菌性和低毒性，都可以作为抗菌材料使用。

但是，第一分散液具有优于第一透析液的荧光强度，说明透析过程中可能析出了一些导致荧光强度降低的杂质，通过二次过滤可以去除这些杂质，从而提升荧光强度。

通过冻干和再分散，可以控制第二分散液中荧光碳点的浓度，从而获得荧光强度优于第一分散液的第二分散液，有助于提升其抑菌效果。

因此，最佳的抗菌材料为第二分散液。

本发明的抑制革兰氏菌的方法的具体实施方式为包括步骤：获取上述的荧光碳点的第二分散液作为抑菌材料；将荧光碳点加入到需抑制革兰氏菌的菌液中。

以下通过具体的实施例来说明本发明的有益效果。

实施例1-10的荧光碳点的第二分散液的工艺参数如表1所示。

表1

编号	单宁酸质量	硫代乙酰胺质量	水热反应温度	水热反应时间
					实施例1	0.05g	0.07g	200℃	180min
实施例2	0.3g	0.07g	200℃	180min
					实施例3	0.45g	0.07g	200℃	180min
实施例4	0.3g	0.01g	200℃	180min
					实施例5	0.3g	0.2g	200℃	180min
实施例6	0.3g	0.07g	140℃	180min
					实施例7	0.3g	0.07g	210℃	180min
实施例8	0.3g	0.07g	200℃	120min
					实施例9	0.3g	0.07g	200℃	420min
实施例10	0.3g	0g	200℃	180min

经验证，当第二分散液的浓度相同时，实施例1-9的第二分散液在365nm紫外激发下均表现出明显的绿色荧光(荧光发射波长为495nm)。

图1为本发明的实施例2的第二分散液的荧光发射光谱。实施例2的第二分散液具有最强的荧光强度，即制备第二分散液的最佳试验参数为：每20mL水溶液中含有0.3g单宁酸和0.07g硫代乙酰胺，水热反应温度为200℃，水热反应时间为180min。

实施例10的第二分散液无荧光，说明硫代乙酰胺是制备绿色荧光碳点的必要条件。

图2为本发明的实施例2的荧光碳点的TEM照片。对实施例2的荧光碳点进行TEM(透射电子显微镜)表征得到碳点的平均粒度≤10nm，进一步说明了碳点的成功生成。

图3为本发明的实施例2的荧光碳点的XPS全谱图。对实施例2的荧光碳点进行XPS(X射线光电子能谱)表征得到的XPS全谱图具有O、N、S、C的特征峰，说明荧光碳点中掺杂了氮元素和硫元素，即本发明的荧光碳点是一种N、S杂原子掺杂的绿色荧光抗菌碳点。

为了验证本发明的荧光碳点的第二分散液的抑菌效果，进行了如下的试验：

(1)细菌培养基的配制

称取12.5gLB肉汤溶解于装有50mL去离子水的锥形瓶中，放入120℃的高压灭菌锅中灭菌40min后得到液体培养基。

在液体培养基中加入7.5g琼脂，灭菌后即得固体培养基。

(2)细菌悬液的制备

将大肠杆菌(革兰氏阴性菌)和金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性菌)分别加入到液体培养基中，在37℃的恒温培养箱中培养24h，然后在7000rpm离心处理2min后即得到细菌沉淀，然后将细菌沉淀分散于PBS中调整吸光度OD₆₀₀为0.2左右，即得到细菌悬液。

(3)抑菌试验

首先将上述(1)中的固体培养基倒平板，待其冷却凝固，得到固体培养基平板。

将细菌悬液与第二分散液按照1：1的体积比加入到含有液体培养基的24孔板中作为实验组(第二分散液终浓度为100μg/mL)，将细菌悬液与PBS按照1：1的体积比加入到含有液体培养基的24孔板中作为空白组，将细菌悬液与单宁酸水溶液按照1：1的体积比加入到含有液体培养基的24孔板中作为对照组(单宁酸终浓度为100μg/mL)，然后放入37℃恒温摇床中共培养4h。

培养结束后，将各组稀释10倍后吸取20μL加到固体培养基平板上，用涂布器快速将其均匀涂布后放入37℃恒温培养箱中倒置培养16h，然后拍照记录并计算菌落数和抑菌率。

经验证，对照组和实验组对比可知，单宁酸有一定抑菌作用但不明显，而第二分散液的抑菌效果明显优于单宁酸。

图4为本发明的实验组和空白组的抑菌试验结果示意图。如图4所示，对于实验组，在细菌悬液、第二分散液和液体培养基构成的混合物中，当荧光碳点的浓度为0.1～1mg/L时，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率都达到99％以上。可见，本发明的荧光碳点的第二分散液几乎可以完全抑制细菌，具有优异的抗菌性能。

为了验证本发明的荧光碳点的第二分散液的毒性，进行了如下的试验：

以小鼠成纤维细胞L929为样本，采用经典的MTT法测试第二分散液的细胞毒性，将不同荧光碳点浓度(浓度分别为0、25、50、100μg/mL)的第二分散液与L929细胞孵育3天，然后测试细胞存活率。

图5为本发明的荧光碳点的第二分散液的毒性测试结果。

如图5所示，细胞存活率均大于96％，表明本发明的荧光碳点几乎没有细胞毒性，即具有良好的细胞相容性，基于上述的制备工艺简单，成本低，稳定性好、荧光性能好，细胞相容性好，抑菌效果优异的优点，本发明的荧光碳点有望替代传统抗生素和药物。

以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.荧光碳点的制备方法，其特征在于：包括步骤：将包含单宁酸和硫代乙酰胺的水溶液进行水热反应，即生成含有荧光碳点的固液混合物。

2.如权利要求1所述的荧光碳点的制备方法，其特征在于：还包括步骤：

对固液混合物进行过滤处理，得到第一过滤液；

对过滤液进行透析处理，得到第一透析液；

对第一透析液进行过滤处理，得到荧光碳点的第一分散液。

3.如权利要求2所述的荧光碳点的制备方法，其特征在于：还包括步骤：

将第一分散液进行冻干处理，得到荧光碳点粉末；

将荧光碳点粉末分散于水中，得到荧光碳点的第二分散液。

4.如权利要求1所述的荧光碳点的制备方法，其特征在于：水热反应温度为140～210℃，水热反应时间为120～420min。

5.如权利要求4所述的荧光碳点的制备方法，其特征在于：水热反应温度为200℃，水热反应时间为180min。

6.如权利要求1所述的荧光碳点的制备方法，其特征在于：每20mL水溶液中含有0.05～0.45g单宁酸和0.01～0.2g硫代乙酰胺。

7.如权利要求6所述的荧光碳点的制备方法，其特征在于：每20mL水溶液中含有0.3g单宁酸和0.07g硫代乙酰胺。

8.抑菌材料，其特征在于：包括权利要求1-7之一所述的制备方法制备得到的荧光碳点。

9.抑制革兰氏菌的方法，其特征在于：包括步骤：

获取权利要求1-7之一所述的制备方法制备得到的荧光碳点或者权利要求8所述的抑菌材料；

将荧光碳点加入到需抑制革兰氏菌的菌液中。

10.如权利要求9所述的抑制革兰氏菌的方法，其特征在于：所述革兰氏菌为大肠杆菌和/或金黄色葡萄球菌。

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