阅读说明：本技术 一种酸碱改性果胶绿色制备银纳米粒子的方法及应用 (Method for green preparation of silver nanoparticles from acid-base modified pectin and application of silver nanoparticles ) 是由 李培骏 潘蒋娟 莫源玲 赵志远 陈春连 单杨 于 2021-06-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种酸碱改性果胶绿色制备银纳米粒子的方法及应用,具体步骤为：(1)将柑橘高脂果胶用55℃蒸馏水溶解,得柑橘果胶溶液(浓度为0g/L～20g/L),加入4mol/L NaOH溶液0～20mL至pH值为11.0左右,且维持一段时间不变,再加入4mol/L盐酸0～10mL调节pH值至4.0左右后维持一段时间不变；(2)在室温下静置12h后,加入乙醇搅拌产生白色絮状沉淀,烘干得到酸碱改性柑橘果胶；(3)将酸碱改性样品在磁力搅拌下溶于0～2.0mol/L NaOH溶液中,得到酸碱改性柑橘果胶溶液(浓度为1～8g/L),逐滴加入0～0.8mol/L硝酸银溶液进行微波加热1～10min,得到酸碱改性果胶-AgNPs胶体溶液,烘干获得粉末样品。本发明制备工艺简单、成本低,制得产品具有更强抗菌活性,对于革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都具有一定的抑菌效果。(The invention discloses a method for preparing silver nanoparticles by acid-base modified pectin in an environment-friendly manner and application thereof, and the method comprises the following specific steps: (1) dissolving citrus high-fat pectin with distilled water at 55 ℃ to obtain a citrus pectin solution (the concentration is 0 g/L-20 g/L), adding 0-20 mL of 4mol/L NaOH solution until the pH value is about 11.0, maintaining the pH value for a period of time, adding 0-10 mL of 4mol/L hydrochloric acid, adjusting the pH value to about 4.0, and maintaining the pH value for a period of time; (2) standing at room temperature for 12h, adding ethanol, stirring to generate white flocculent precipitate, and drying to obtain acid-base modified citrus pectin; (3) dissolving the acid-base modified sample in 0-2.0 mol/L NaOH solution under magnetic stirring to obtain an acid-base modified citrus pectin solution (the concentration is 1-8 g/L), dropwise adding 0-0.8 mol/L silver nitrate solution, performing microwave heating for 1-10 min to obtain an acid-base modified pectin-AgNPs colloidal solution, and drying to obtain a powder sample. The invention has simple preparation process and low cost, and the prepared product has stronger antibacterial activity and certain antibacterial effect on gram-positive bacteria and gram-negative bacteria.)

一种酸碱改性果胶绿色制备银纳米粒子的方法及应用

技术领域

本发明属于金属纳米粒子制备

技术领域

，具体涉及酸碱改性果胶合成银纳米粒子的制备方法及其应用。

背景技术

银纳米粒子(AgNPs)在光学、电子、化学、光电化学、催化、磁性等广泛的科学和

技术领域

中得到越来越多的应用，并且还被用作有效的抗菌剂伤口愈合。由于其固有的抗病原体潜力，它们已被用于食品工业、食品包装和食品加工、制药工业、医疗器械和生物传感器。合成AgNPs的传统化学方法所采用的还原剂和稳定剂具有一定的毒性，造成了环境污染。因此，使用绿色化学方法合成AgNPs是未来的重要发展方向。而无毒的生物大分子兼具还原性和稳定性的特点，而成为制备金属纳米颗粒生物合成所需的理想还原剂和稳定剂。

何晓燕(2005)采用化学还原法制备AgNPs，制备过程先后使用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作保护剂、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作还原剂,还原硝酸银溶液得到AgNPs。苏东林(2018)通过果胶制备具有均一性的AgNPs，而且表现出了一定的抗菌性，但是其抗菌能力还有待进一步提升。通过生物大分子改性，可以改变其还原基团的比例，从而增加其还原性，因此在理论上可以提高Ag⁺的结合能力，从而增加其抗菌性能。天然柑橘果胶分子质量大、水溶性差的特点有可能会阻碍或者限制其功能的发挥。而果胶改性可以生成较短、分支较少的糖链，以降低其分子质量和酯化度，增加其水溶性，并提高其半乳糖醛酸含量，从而更好地发挥其生物活性和功能。国内外对柑橘果胶改性已有研究，但对改性果胶制备AgNPs的研究还较少。

酸碱改性是将氢氧化钠、盐酸等直接作用于柑橘果胶的脱酯方法，对于利用酸碱化改性果胶，国内外很早就进行了研究，谭镇濠(2019)等通过酸碱改性探究马铃薯果胶的组成与抗氧化活性。孟凡磊(2018)等通过酸碱对石榴皮渣果胶分子进行改性研究。

目前，国内外关于酸碱果胶制备AgNPs，并考查其抗菌性鲜有报道，本发明制备的酸碱改性果胶-AgNPs具有比表面积高、粒径小、分散性好等特点，且比原果胶基AgNPs具有更强的抗菌性。本发明为解决AgNPs在制备过程中存在的环境污染提供一个新的研究思路。

发明内容

本发明要解决的技术问题是酸碱改性合成银纳米粒子的一种新思路，并在分析改性果胶理化性质的基础上，且通过大分子的改性提升其结合Ag⁺的能力，从而提高其抗菌性是一种有效的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种酸碱改性果胶绿色制备银纳米粒子的方法，包括以下步骤：

(1)将柑橘高脂果胶用55℃蒸馏水溶解，得柑橘果胶溶液(浓度为0g/L～20g/L)，加入4mol/L NaOH溶液0～20mL至pH值为11.0左右，且维持一段时间不变，再加入4mol/L盐酸0～10mL调节pH值至4.0左右后维持一段时间不变。

(2)在室温下静置12h后，加入乙醇搅拌产生白色絮状沉淀，烘干得到酸碱改性柑橘果胶。

(3)将酸碱改性样品在磁力搅拌下溶于0～2.0mol/L NaOH溶液中，得到酸碱改性柑橘果胶溶液(浓度为1～8g/L)，逐滴加入0～0.8mol/L硝酸银溶液进行微波加热1～10min，得到酸碱改性果胶-AgNPs胶体溶液，烘干获得粉末样品。

本发明的创新点及优点：

1、本发明利用酸碱改性果胶作为稳定剂和还原剂，与硝酸银反应制备银纳米粒子。目前果胶基AgNPs的制备已有报道，但对改性果胶合成银纳米粒子的较少，本发明可作为绿色制备银纳米粒子提供一种新思路。

2、本发明的银纳米粒子的制备方法，采用微波辅助合成银纳米粒子，制备工艺简单，成本低，反应时间短，且避免有毒还原剂的使用。

3、本发明的酸碱果胶基AgNPs比原果胶基AgNPs具有更强的抗菌活性，对于革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都具有一定的抑菌效果。因此对于开发高效、低成本、广谱的抗菌材料具有指导意义，可为医学抑菌领域的应用提供科学依据。

附图说明

图1为实施例2中酸碱改性果胶-AgNPs的紫外-可见光吸收光谱。

图2为实施例2中酸碱改性果胶-AgNPs扫描电镜图。

图3为实施例3中果胶基AgNPs对大肠杆菌(a)和金黄色葡萄球菌(b)，及实施例2中酸碱改性果胶-AgNPs对大肠杆菌(c)和金黄色葡萄球菌(d)的最小抑菌曲线。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

本发明的一种酸碱改性果胶绿色制备银纳米粒子的方法，包括以下步骤：

采用酸碱改性果胶作为稳定剂和还原剂，通过微波辅助合成改性银纳米粒子，高速离心后制得到改性纳米银粉。克服现有技术的不足，提供一种绿色环保、低毒、成本低且产量高、抑菌性更强的基于酸碱改性柑橘果胶的银纳米粒子的制备方法及其应用。

实施例1

本实施例为酸碱改性果胶制备的方法，包括以下步骤：

(1)称取3g柑橘果胶于250mL锥形瓶中，加入200mL、55℃的蒸馏水配制成质量浓度为15mg/mL的溶液。

(2)待果胶全部溶解后，缓慢加入3mol/L的NaOH溶液至pH值变化到10.0，在55℃水浴中维持45min不变。

(3)冷却至室温后，再加入3mol/L的盐酸调节pH值至3.0后维持一段时间不变，在室温下静置12h。

(4)加入3倍体积的95％乙醇搅拌产生大量的白色絮状沉淀，50℃烘干得到酸碱改性柑橘果胶。

(5)经过上述酸碱改性，实例1中果胶的酯化度由85.4％变为38.9％。

实施例2

本实施例的一种酸碱改性果胶绿色制备银纳米粒子的方法，包括以下步骤：

(1)取实施例1中的酸碱改性果胶0.2g溶入100mL 1g/L的氢氧化钠中搅拌均匀；

(2)微波炉中功率400W加热1min，得2g/L酸碱改性果胶碱溶液；

(3)逐滴加入2mL 0.5mol/L的硝酸银溶液，充分搅拌均匀；

(4)将反应试剂放入为功率为400W的微波炉中加热2min；

(5)在试验中，反应溶液由黄色变成棕色，最后变成银灰色表明产生银纳米粒子，进行300～800nm的紫外可见光谱扫描，以410nm附近的吸收峰表明产生AgNPs。

(6)图1为所制备的改性果胶-AgNPs紫外-可见光吸收光谱。

(7)将本实施例得到AgNPs进行扫描电镜观察如图2所示，本实施例所制备的酸碱化果胶基AgNPs为均一分散的球形，粒径主要分布在10-20nm之间。

(8)对所得絮状液体进行高速离心，离心条件为10000rpm，离心时间20min，去除上清液，添加等体积蒸馏水，重复离心三次。

(9)将步骤(8)产物于50℃中烘干过夜，得到的粉末即为银纳米粒子，用于实例4做抑菌实验。

实施例3

本实例与实施例2大致相同，不同之处在于采用高酯果胶替代酸碱改性果胶制备AgNPs。

实施例4

本实施例是一种酸碱改性果胶绿色制备银纳米粒子的方法得到的改性银纳米粒子在抑菌领域中的应用，取实施例2和实施例3所得AgNPs进行抑菌实验。

(1)抑菌圈实验

将实施例2和3中AgNPs分散于无菌水中制备成浓度为20mg/mL的分散液。制备平板培养基，吸取大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的不同菌种悬液到灭菌后的平板培养基上涂布，控制菌悬液的菌浓度或孢子浓度在10⁵个/mL左右，将10μL的20mg/mL银纳米粒子浸湿于6mm滤纸片，无菌风干后，依次放入大肠杆菌和金黄色葡萄球菌中。

将大肠杆菌和金黄色葡萄球菌于37℃中培养18～24h(在本实施例中时间为18h)。

果胶基AgNPs对上述菌抑菌圈分别为8.54mm和11.10mm。

酸碱改性果胶-AgNPs抑菌圈分别为12.16mm和15.50mm。

(1)最低抑菌浓度

取实施例2和3所得银纳米粒子粉末溶于LB肉汤中形成0～0.4mg/mL的样品溶液。

将肉汤、银纳米粒子样品溶液和大肠杆菌或金黄色葡萄球菌菌悬液，菌悬液浓度控制在10⁵个/mL左右，在600nm波长下测其0、3、6、9、12、15、18、21、24h的吸光值，结果如图3所示，其中图3(a)和图3(b)分别为不同浓度果胶基AgNPs处理下大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的生长曲线，得出最低抑菌浓度都是533.3μg/mL。图3(c)和图3(d)分别为不同浓度酸碱-AgNPs处理下大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的生长曲线，得出最低抑菌浓度是266.7μg/mL，由此可见酸碱-AgNPs的抑菌性明显高于果胶基AgNPs。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，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的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。