一種具有光催化抗菌性的細菌纖維素基復合材料的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光催化和抑菌材料領域，尤其涉及一種具有光催化抗菌性的細菌纖維素基復合材料。
【背景技術】
[0002]細菌纖維素是細菌合成的纖維素的統稱。細菌纖維素與植物纖維素或海藻產生的纖維素在化學本質上是相同的，但細菌纖維素具有許多獨特的性質，如:化學純度高、結晶度高；具有很高的抗張強度和彈性模量；很強的水結合性；極佳的形狀維持能力；良好的生物相容性、可降解性等優良特性。這些優良的特性使得細菌纖維素在造紙業、食品工業、廢水處理、電子行業以及醫療器械領域具有良好的應用前景。細菌纖維素是一種非常有潛力的生物材料，可以用作人工皮膚、人工血管、血管移植、組織工程支架、以及傷口敷料等，但由于細菌纖維素提供的潮濕的環境有利于細菌的滋生，而細菌纖維素本身不具有抗菌性，這使得其在醫療器械領域的應用受到了極大的限制。為了賦予細菌纖維素抗菌性能從而拓展其在醫學領域的應用，研究者們做了很多的工作，例如細菌纖維素負載納米銀(In situ synthesis of silver-nanoparticles/bacterial cellulose compositesfor slow-released antimicrobial wound dressing， Carbohydrate Polymers，102 (2014) 762-771);細菌纖維素表面嫁接氨基基團(B1inspired Antimicrobialand B1compatible Bacterial Cellulose Membranes Obtained by SurfaceFunct1nalizat1n with Aminoalkyl Groups，ACS Appl.Mater.1nterfaces2013，5，3290-3297)等，這些研究使使細菌纖維素獲得了一定的抗菌性，但這些工作因存在著操作成本和安全性等問題，并沒有得到廣泛的應用。
[0003]二氧化鈦呈白色固體或粉末狀，具有無毒、不透明、最佳的白度和光亮度等特性，是一種性能良好的白色無機顏料，也是一種無機半導體材料。諸多研究表明二氧化鈦具有光催化性能，在近紫外光的激發下可以產生強氧化性物質，因此可以應用于水質和土壤的凈化、空氣凈化、自潔凈、光催化殺菌等領域。目前，因二氧化鈦光催化效率低、光譜響應范圍窄等問題在一定程度上限制其光催化性能的實際應用。諸多研究表明二氧化鈦與新型碳家族“明星材料” 一一氧化石墨烯復合可以提高其光催化效率，2013年9月18日國家知識產權局授權了 “二氧化鈦與氧化石墨烯復合納米片材料及其制備方法”發明專利(授權號CN 102492313B)，該專利提供了一種無定型二氧化鈦與氧化石墨稀復合納米片材料的制備方法。
[0004]利用具有高效光催化活性的二氧化鈦/氧化石墨烯復合材料改性細菌纖維素，得到一種具有光催化抗菌性的細菌纖維素，不僅可以促進細菌纖維素在醫療器械領域的應用，也促進細菌纖維素在廢水處理、空氣凈化等領域的應用。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種具有光催化抗菌性的細菌纖維素/ 二氧化鈦-氧化石墨烯復合材料，該復合材料表現出良好的抗菌性，在光催化作用下抑制或殺死微生物，但抗菌劑不被消耗，具有持久的抗菌活性。
[0006]本發明實現的技術方案是:
[0007]步驟1、以二氧化鈦的前體物質鈦酸丁酯和氧化石墨烯分散液為原料制備二氧化鈦/氧化石墨烯復合材料，得到無定型二氧化鈦-氧化石墨烯復合材料；
[0008]步驟2、將上述無定型二氧化鈦-氧化石墨烯復合材料置于馬弗爐中，在惰性氣體的保護下400-500°C煅燒2h_8h，得到具有高光催化活性的結晶型二氧化鈦-氧化石墨烯復合材料；
[0009]步驟3、將上述具有光催化活性的二氧化鈦-氧化石墨烯復合材料與細菌纖維素復合，得到具有光催化抗菌性的細菌纖維素/ 二氧化鈦-氧化石墨烯復合材料，其中涉及到兩種合成方法:
[0010]方法一:配制濃度為5mg-100mg/ml的二氧化鈦-氧化石墨烯分散液，細菌纖維素濕膜裁剪成所需尺寸和形狀，按壓或抽濾法除去20% -70%的水分并浸泡在二氧化鈦-氧化石墨烯分散液中，于暗處持續輕微震蕩，浸泡時間為12h以上，干燥得到細菌纖維素/ 二氧化鈦-氧化石墨烯復合材料；
[0011]方法二:將細菌纖維素濕膜打漿，制備成均勻的纖維素漿料，將二氧化鈦-氧化石墨烯加入上述漿料中，細菌纖維素和二氧化鈦-氧化石墨烯的質量比可以是:1: 0.1-1，置于暗處用磁力攪拌器充分攪拌均勻，攪拌時間為0.5-5h，抽濾或壓濾處理得到細菌纖維素/二氧化鈦-氧化石墨烯復合濕膜，真空干燥，得到質地均勻的細菌纖維素二氧化鈦-氧化石墨烯復合膜。
[0012]由上述步驟得到的細菌纖維素/二氧化鈦-氧化石墨烯復合材料在紫外燈的照射下表現出優良的抗菌性，二氧化鈦-氧化石墨烯的摻雜提高了細菌纖維素干膜的機械性和親水性。
[0013]本發明的優點和積極效果:
[0014]本發明提供了一種具有光催化抗菌性的細菌纖維素基復合材料，該抗菌材料在光催化作用下抑制或殺死微生物，并且具有持久的抗菌性能。二氧化鈦-氧化石墨烯復合材料在光催化條件下電子躍迀產生電子及空穴，電子和空穴與水分子及氧氣反應產生活性氧自由基，從而抑制或殺死微生物，這種作用不會產生物質的損耗，因此具有持久的抑菌性。本發明可以促進細菌纖維素在醫療器械、空氣凈化、廢水處理等多個領域的應用，也為光催化抑菌材料的開發提供了思路。
【附圖說明】
[0015]圖1細菌纖維素/二氧化鈦-氧化石墨烯復合材料照片
【具體實施方式】
[0016]在實驗前首先驗證氧化石墨烯的摻雜提高二氧化鈦的光催化活性，具體操作方案如下:
[0017]配制10mg/ml的甲基橙溶液；稱取500mg氧化石墨烯摻雜的二氧化鈦分散于100ml甲基橙溶液中，對照組為市售二氧化鈦P25 ;超聲分散3min后，置于避光處攪拌lh，然后轉移至紫外燈(365nm 175W)下照射，紫外燈距分散液的距離為100mm，紫外燈照射2h后，取樣，5000rpm離心lOmin，測上清在660nm處的吸光值