一种非共价键包覆修饰纳米二氧化钛工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种非共价键包覆修饰纳米二氧化钛工艺，主要利用极性分子中的羟基或氨基等极性官能团与纳米二氧化钛粒子表面的羟基形成分子间氢键，有效改善纳米二氧化钛在溶剂中的分散性和抗菌活性，属于材料加工技术和生物与新医药技术领域。本发明专利技术所述的环糊精、壳聚糖、纤维素等生物活性分子改性的纳米二氧化钛主要优点如下：(1)改性纳米二氧化钛在水溶液中的分散性显著提高，从而有效抑制了其易团聚特性，改善了其抗菌活性；(2)工艺流程简单，所用原料相对价廉、成本低，利于工业化放大生产。

Process for modifying nano titanium dioxide by non covalent coating

The invention relates to a non covalent modification of nano titanium dioxide coating process, the main use of polar molecules in polar functional groups including hydroxyl or amino and hydroxyl groups on the surface of nano titanium dioxide particle formation of intermolecular hydrogen bonds, effectively improve the dispersibility and antibacterial activity of nano titanium dioxide in a solvent, which belongs to the material processing technology and bio medicine and new technology field. Cyclodextrin, chitosan, cellulose and other bioactive molecules of the invention of the modified nano titanium dioxide mainly advantages are as follows: (1) the dispersion of modified nano titanium dioxide in aqueous solution is significantly improved, thus effectively inhibit the agglomeration characteristics, improve its antibacterial activity; (2) the process is simple. The raw materials of relatively inexpensive and low cost, suitable for industrial scale-up production.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种提高纳米二氧化钛分散性能的方法，尤其涉及采用一种/多种极性分子对纳米二氧化钛实现非共价键包覆，有效改善其分散性能的方法，并涉及改性可提升修饰纳米二氧化钛抗菌综合性能的策略和方法。
技术介绍
在自然界（空气、水、土壤以及各种物体表面、人体体表及与外界相通的体腔，等）均广泛存在种类繁多、数量庞大的微生物病原菌。其中，威胁人类健康的有害细菌也为数巨大,造成潜在危害乃至危及生命安全。每年因细菌传染而致死的人数高达几十万，给人类健康及家庭幸福带来重大损失。迄今为止，抗菌材料是解决这一问题的最有效手段之一。因其防霉效应好、活性高，杀菌能力强、杀菌效果迅速、热稳定性好，长期使用对人体亦无害等优点，纳米TiO2被广泛作为绿色、环境友好型的抗菌材料使用。此外，纳米TiO2多相光催化多种污染物均显示了良好的结果，因此，基于纳米TiO2的光催化也成为一种理想的环境治理策略。新型纳米TiO2抗菌材料的构建和研制已成为21世纪材料与环境、材料与医学结合的重要研究方向之一。金属氧化物的表面衍生作用有助于在其表面引入螯合官能团，从而影响其光催化活性。研究表明，含硫化合物、含氨基或羟基等螯合剂均可影响半导体材料如TiO2的能带位置,使导带移向更负的位置。纳米TiO2极性强、粒子表面能高，因而极易团聚,在水及有机介质中很难分散，降低了有效作用面积,影响了纳米TiO2的光降解性能，在实际应用中受到较大限制。因此,有必要对纳米TiO2进行化学修饰,改变粉体表面可润湿性,增强其在溶剂介质中的界面相容性,从而有效改善其分散性。纳米TiO2的改性方法有：表面沉积贵金属、掺杂过渡金属离子、复合其它半导体、表面光敏化和表面整合及衍生作用等，但上述修饰方法存在操作繁琐、耗时长、成本较高等缺点。
技术实现思路
本专利技术为解决纳米TiO2的溶剂中分散性及抗菌活性关键性技术问题，拟在其表面非共价键包覆极性分子，有效解决了纳米TiO2分散性差、易团聚从而导致的抗菌活型较差等实际问题。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案包括以下步骤：a．称取1～1000mg的纳米TiO2，加高纯水20～500ml，超声分散0.5～10小时；b．称取6～6000mg的极性分子，包括水溶性纤维素、β-环糊精或者其衍生物、壳聚糖其中的一种或多种，再加入5～200ml高纯水，超声分散10～30分钟使其完全溶解或分散，得极性分子水溶液或水分散液；c．将步骤b所得极性分子水溶液转移至由步骤a制备的TiO2分散液中，然后用高纯水定容至1000ml，再进行超声分散处理，时间为0.5～8小时。优选地，所述水溶性纤维素为果胶或者树胶。优选地，所述β-环糊精衍生物为羟丙基-β-环糊精或者羟乙基-β-环糊精或者羧甲基-β-环糊精。本专利技术的益处在于针对纳米TiO2的非共价键包覆和抗菌性能提出了新的思路，为其抗菌活性的改善提供了一种简便、有效的方法。具体实施方式实施例一：壳聚糖包覆修饰纳米TiO2的制备取25mg纳米TiO2于1000ml容量瓶中，加高纯500ml，超声分散2~4小时。取150mg壳聚糖于烧杯中，加入200ml高纯水，超声20分钟使壳聚糖完全溶解得壳聚糖水溶液。将第二步所制取的壳聚糖水溶液转移至第一步所制备的纳米TiO2分散液中，用高纯去离子水洗涤烧杯3次左右，一并转移至该容量瓶中，然后继续用高纯去离子水定容。将该容量瓶超声分散处理3小时，得浓度为25ppm的纳米TiO2分散液。具体配方如下：纳米TiO225mg壳聚糖150mg高纯水200ml实施例二：水溶性纤维素包覆修饰纳米TiO2的制备取50mg纳米TiO2于1000ml容量瓶中，加高纯水500ml，超声分散2~4小时。取250mg水溶性纤维素于烧杯中，加入200ml高纯水，超声20分钟得水溶性纤维素水溶液。将第二步所制取的水溶性纤维素水溶液转移至第一步所制备的纳米TiO2分散液中，用高纯去离子水洗涤烧杯3次左右，一并转移至该容量瓶中，然后继续用高纯去离子水定容。将该容量瓶超声分散处理3小时，得浓度为50ppm的纳米TiO2分散液。具体配方如下：纳米TiO250mg水溶性纤维素250mg高纯水200ml实施例三：羟丙基-β-环糊精包覆修饰纳米TiO2的制备取200mg纳米TiO2于1000ml容量瓶中，加高纯水500ml，超声分散2~4小时。取500mg羟丙基-β-环糊精于烧杯中，加入200ml高纯水，超声20分钟得羟丙基-β-环糊精水溶液。将第二步所制取的羟丙基-β-环糊精水溶液转移至第一步所制备的纳米TiO2分散液中，用高纯去离子水洗涤烧杯3次左右，一并转移至该容量瓶中，然后继续用高纯去离子水定容。将该容量瓶超声分散处理3小时，得浓度为200ppm的纳米TiO2分散液。具体配方如下：纳米TiO2200mg羟丙基-β-环糊精500mg高纯水200ml实施例四：水溶性纤维素联合壳聚糖包覆修饰纳米TiO2的制备取500mg纳米TiO2于1000ml容量瓶中，加高纯水500ml，超声分散2~4小时。取200mg水溶性纤维素和50mg壳聚糖于烧杯中，加入200ml高纯水，超声20分钟得水溶性纤维素壳聚糖水溶液。将第二步所制取的水溶性纤维素壳聚糖水溶液转移至第一步所制备的纳米TiO2分散液中，用高纯去离子水洗涤烧杯3次左右，一并转移至该容量瓶中，然后继续用高纯去离子水定容。将该容量瓶超声分散处理3小时，得浓度为500ppm的纳米TiO2分散液。具体配方如下：纳米TiO2500mg水溶性纤维素200mg壳聚糖50mg高纯水200ml分散液抑菌实验：通过微量肉汤稀释法确定壳聚糖包覆修饰纳米二氧化钛复合物光催化抑菌效果96孔板中每孔加入100µl用LB肉汤稀释的系列抗菌药物，浓度为25ppm的纳米二氧化钛复合物作为实验组，生理盐水作为阴性对照组。再在已加入抗菌药物的孔中每孔加10µl稀释的菌悬液，以使接种后96孔板中每孔的菌含量约为5×105cfu/ml。将波长为365nm，功率为20w的近紫外灯作为激发光源，于（35±2）℃CO2恒温培养箱中孵育24h后，用微量移液器混匀孔内细菌，取5µl加入995µl生理盐水中，作200倍稀释，再从已稀释的菌悬液中取5µl加入995µl生理盐水中作200倍稀释，以此类推，必要时可做3个梯度，再分别取5µl不同稀释倍数的菌悬液加入血琼脂平板，用L型玻棒涂布均匀，于（35±2）℃CO2恒温培养箱中孵育过夜后选取适当稀释度的细菌进行菌落计数，最终推算得出经首个24h培养箱孵育后每孔的菌含量，并取相应对数值进行统计学分析。结果发现壳聚糖包覆修饰纳米二氧化钛复合物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌均和铜绿假单胞菌假单胞菌均有抑菌性。壳聚糖包覆修饰纳米二氧化钛复合物促动物创面愈合实验创面制备Wistar大鼠成功麻醉后，将其俯卧位固定于手术台上，于背部标记一直径为2cm圆形区域，背部剪毛皮肤处行碘伏消毒后，用剪刀沿着标记线剪除全层皮肤直至深筋膜，形成相应的圆形创面。再次用碘伏消毒,生理盐水冲洗，拭干。创面均用无菌凡士林覆盖，每日换药后均更换无菌敷料。创面制备后，为防止大鼠出现创面感染，每只大鼠每日均行肌注庆大霉素，连续注射3天。创面处理每日上午9点至10点，对每只大鼠进行创面换药及给药处理。采用20ml无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非共价键包覆修饰纳米二氧化钛工艺，其特征在于，包括三个步骤，第一步为纳米TiO2分散液的制备，第二步为极性分子水溶液的制备，以及第三步为TiO2‑极性分子分散液的制备。

【技术特征摘要】
1.一种非共价键包覆修饰纳米二氧化钛工艺，其特征在于，包括三个步骤，第一步为纳米TiO2分散液的制备，第二步为极性分子水溶液的制备，以及第三步为TiO2-极性分子分散液的制备。2.根据权利要求1的一种非共价键包覆修饰纳米二氧化钛工艺，其特征在于：所述的第一步纳米TiO2分散液的制备，即称取一定量纳米TiO2（1~1000mg）于1000ml容量瓶中，加高纯水20-500ml，超声分散0.5~10小时。3.根据权利要求1的一种非共价键包覆修饰纳米二氧化钛工艺，其特征在于：所述的第二步极性分子水溶液的制备，称取一定量（6~6000mg）的极性分子于烧杯中，包括水溶性纤维素（果胶、树胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建大，陈晓青，于金刚，胡丰，曹科，王少华，陈佳，谢慧清，廖俊琳，
申请(专利权)人：中南大学湘雅三医院，
类型：发明
国别省市：湖南;43