利用牛奶介导合成银纳米粒子/凹凸棒石复合抗菌材料的方法

本发明涉及一种动物产品介导的银纳米粒子基复合抗菌材料的制备方法，具体涉及牛奶介导银纳米粒子/凹凸棒石复合抗菌材料的制备方法，属于复合材料领域和黏土矿物功能材料领域。

背景技术：

1、细菌感染是威胁人类生命健康的主要问题之一。自1929年英国细菌学家弗莱明在培养皿中培养细菌时首次发现青霉素，过去的半个多世纪，科学家已经发现了近万种抗生素，优选出近百种适合作为治疗人类或牲畜传染病的药物，拯救了无数的生命。然而，随着抗生素大规模、高剂量使用，细菌耐药性日趋严重，降低抗生素的抗菌活性，使得致病菌和耐药菌严重威胁人类的健康。

2、除抗生素外，金属银自古以来就被认为具有“消毒”功能。古代马其顿人在战争中负伤后，会用银箔覆盖伤口以加速其愈合；无独有偶，中国“本草纲目”中同样提到，银屑具有“安五脏，定心神，止惊悸，除邪气”的作用。近代以来，随着科学技术的不断进步，科研人员发现，银系抗菌材料，尤其是银纳米粒子具有优异的抗菌性能，主要归因于其对细菌细胞膜、细胞器的破坏，细菌内溶物的泄露，促进活性氧的产生，以及对细菌dna的损伤（environmental science: nano, 2019, 6: 1168-1179）。目前，银纳米粒子的合成方法主要包括物理法、化学法和绿色合成法等。其中，物理法需要消耗大量的能量；化学法不可避免会引入有毒试剂或产生有毒副产物；相比之下，绿色合成逐渐成为合成银纳米粒子的主流方法，因其具有原料和过程绿色、环境友好等优势（ecotoxicology and environmentalsafety, 2019, 171: 691-700）。近年来，围绕植物和植物提取物、微生物或硅藻展开的绿色合成相关研究日趋丰富，然而，针对动物或动物制品的相关研究较少。

3、牛奶是哺乳动物腺体的分泌物，也是最古老的天然乳制品和健康饮品之一，其主要组成成分包括约87%的水、3%的蛋白质、4-5%的乳糖，3~4%的脂肪，0.8%的矿物质和0.1%的维生素等（lipids in health and disease, 2007, 6: 1-16），能够为人体提供所需的营养物质。值得注意的是，除作为乳制品之外，牛奶也可通过绿色法还原制备银纳米粒子，其中蛋白质被认为是还原银离子的主要原因。相比趋于成熟的植物介导法，牛奶介导的生物合成更为简单高效，一方面是前者往往需要额外的干燥或提取过程，另一方面是牛奶可以即买即用，不受季节、温度、环境等条件限制。

4、银纳米粒子在合成过程中因其自身范德华力等作用而导致的团聚问题限制了其应用，选择合适的载体负载银纳米粒子是解决团聚问题的有效策略。凹凸棒石是一种独特的含水富镁铝硅酸盐黏土矿物，具有三明治型晶体结构单元、棒状微观形貌、丰富的表面硅醇基团和沸石状孔道，是大自然赋予人类的天然纳米材料。凹凸棒石具有吸附、胶体、载体和补强四大性能，并已被广泛用于食品、畜牧、医药、化妆品等诸多行业（《凹凸棒石新型功能材料及应用》, 北京: 科学出版社, 2021年12月）。其中，凹凸棒石的棒状形貌赋予其优异的载体性能，能够有效抑制银纳米粒子合成过程中的团聚现象。然而，在利用牛奶介导合成银纳米粒子的过程中，选择凹凸棒石作为载体提高其分散均匀性的研究尚未见报道。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种利用牛奶介导合成银纳米粒子/凹凸棒石复合抗菌材料的方法，以牛奶为银纳米粒子的还原剂和稳定剂，凹凸棒石为载体，硝酸银为银源，实现了银纳米粒子的绿色化学合成和在凹凸棒石棒晶表面的均匀负载。

2、一、银纳米粒子/凹凸棒石复合抗菌材料的合成

3、将牛奶和凹凸棒石分散到去离子水中形成均匀的悬浮液，接着向悬浮液中滴加硝酸银水溶液，室温下搅拌反应24~48h，固体产物经离心、洗涤、干燥，得到银纳米粒子/凹凸棒石复合抗菌材料。

4、所述悬浮液中，牛奶质量分数为10%~20%，凹凸棒石的质量分数为0.5%~10%。

5、所述硝酸银水溶液浓度为1~5g/l，硝酸银的加入量为凹凸棒石质量的1%~30%。

6、本发明的制备机理：牛奶中含有蛋白质、乳糖和脂质等成分，利用其还原性合成和稳定银纳米颗粒；凹凸棒石具有棒状微观形貌和丰富的表面硅醇基团，用于锚定和负载银纳米颗粒，进而形成纳米复合抗菌材料。

7、图1为牛奶介导凹凸棒石担载银纳米粒子体系反应前后的颜色变化和产物色泽对比。由图1可知，在反应前，由于牛奶的引入，体系整体呈乳白色，且随着凹凸棒石添加量的增加，体系色泽加深、浑浊度增加，由乳白色（实施例1）逐渐过渡为灰白色（实施例5）。经过48h反应，体系色泽加深，且色泽加深的幅度与凹凸棒石的引入量呈正相关，色泽的变化说明银纳米粒子的生成，不同实施例色泽的变化对比表明合成的银纳米粒子含量存在一定的差异。

8、图2为本发明制备的银纳米粒子/凹凸棒石复合抗菌材料的tem照片。由图2可知，凹凸棒石呈现典型的棒状形貌，表面完整且光滑。在凹凸棒石的棒晶表面可以观察到单分散的银纳米颗粒，表明在牛奶中蛋白质的作用下，银离子被有效还原为银纳米颗粒，并成功负载于凹凸棒石载体表面，有效抑制了银纳米颗粒之间的团聚行为，有效提升了银纳米颗粒的抗菌活性。

9、二、银纳米粒子/凹凸棒石复合抗菌材料的抗菌性能测试

10、采用琼脂稀释法测试最小抑菌浓度（mic）来评价复合材料的抗菌性能，首先，按照不同浓度把灭菌后的待测样品均匀分散到温度为40~50℃的琼脂培养基中，待冷却后得到样品平板。然后，取对数期的菌种配制104cfu•ml-1的菌悬液，将1~2µl菌悬液接种于平板中的3个不同位置，并在不含样品的琼脂平板中接种菌悬液作为阳性对照，不含抗菌样品也不接种菌悬液的琼脂平板作为阴性对照。将接种好的平板置于37℃培养箱中，培养18~24h。平板中细菌生长被完全抑制的最小样品浓度为mic值。

11、图3为制备的银纳米粒子/凹凸棒石复合抗菌材料处理后的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的数码照片。阴性对照中并未出现明显菌落，证明培养环境未被污染；阳性对照中出现了明显菌落（包括革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌），表明所选用的菌株正常；牛奶介导凹凸棒石担载银纳米粒子对革兰氏阴性菌（大肠杆菌）和革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）均表现出优异的抗菌活性。

12、综上所述，本发明合成银纳米粒子/凹凸棒石复合抗菌材料的方法具有以下优点：

13、1、本发明引入天然纳米材料凹凸棒石作为载体有效避免了银纳米粒子合成过程中的团聚行为，一方面有利于银纳米粒子发挥高的抗菌性能，另一方面能够降低银纳米粒子的生物毒性；

14、2、本发明以牛奶作为还原性和稳定合成银纳米颗粒，整个反应在水体系中进行，反应条件温和、环境友好、无需有机溶剂、不产生有毒副产物，是一种绿色化学合成法；

15、3、本发明制备的复合抗菌材料对大肠杆菌（革兰氏阴性菌）和金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性菌）表现出优异的抗菌效果，作为一种抗菌功能填料可应用于医药、环境、复合材料、纺织等领域。