本發(fā)明涉及納米材料，特別涉及一種大蒜碳點及其制備方法與抗菌應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在當前社會環(huán)境下，細菌感染對人類健康造成了嚴重威脅。傳統(tǒng)抗菌藥物的長期使用容易使細菌產(chǎn)生耐藥性，導致抗菌效果逐漸減弱。因此，迫切需要開發(fā)新型、高效、安全的抗菌材料。

2、碳點作為一種新型的碳納米材料，具有優(yōu)異的光學性能、良好的生物相容性和低毒性等特點，在生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測、光催化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，碳點的制備方法主要有電弧放電法、激光消融法、化學氧化法、水熱法等。然而，這些方法存在著制備過程復雜、成本高、產(chǎn)物純度低等問題。因此，開發(fā)一種簡單、高效、低成本的碳點制備方法具有重要的現(xiàn)實意義。

3、目前，大多數(shù)碳點的制備方法需要使用有毒有害的化學試劑，不僅成本較高，還對環(huán)境不友好。大蒜是一種常見的調(diào)味品和中藥材，具有抗菌、抗病毒、抗氧化等多種生物活性。近年來，研究發(fā)現(xiàn)大蒜中含有豐富的碳源，可以作為制備碳點的原料。傳統(tǒng)水熱法制備大蒜碳點雖有一定成效，但也存在一些不足，如碳點活性低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)的第一目的為提供一種提高大蒜碳點活性的大蒜碳點；本發(fā)明的第二目的為提供所述大蒜碳點的制備方法；本發(fā)明的第三目的為提供所述大蒜碳點在抗菌中的應(yīng)用。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的大蒜碳點的制備方法，包括以下步驟：

3、(1)將大蒜果肉處理得到大蒜粉末，然后加入水和乙醇的混合溶液中混合均勻，得到大蒜懸浮液；

4、(2)將大蒜懸浮液進行混合溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束取上清液，得到大蒜碳點溶液；

5、(3)將大蒜碳點溶液透析，去除雜質(zhì)，最后干燥去除溶劑，得到粉末狀大蒜碳點。

6、優(yōu)選的，步驟(1)中，所述大蒜果肉處理為：將大蒜去皮后得到果肉，洗凈、粉碎。

7、優(yōu)選的，步驟(1)中，所述大蒜粉末在水和乙醇中的濃度為每50～100ml混合溶劑對應(yīng)1.0～2.0g大蒜粉末。

8、優(yōu)選的，所述水為去離子水。

9、優(yōu)選的，步驟(2)中，水和乙醇的體積比為1﹕1～1.5。

10、優(yōu)選的，步驟(2)中，所述反應(yīng)的溫度為180～200℃。

11、優(yōu)選的，步驟(2)中，所述反應(yīng)時間為10～12小時。

12、在混合溶劑熱反應(yīng)條件下，大蒜中的有機成分如多糖、蛋白質(zhì)等在高溫高壓的環(huán)境中發(fā)生復雜的化學反應(yīng)。這些有機成分逐漸分解、碳化，形成具有納米尺寸的碳點結(jié)構(gòu)?；旌先軇岱磻?yīng)提供了一個相對封閉的環(huán)境，有利于反應(yīng)的進行和產(chǎn)物的形成。同時，高溫能夠促進化學鍵的斷裂和重組，而高壓則有助于物質(zhì)的擴散和反應(yīng)速率的提高。

13、優(yōu)選的，步驟(3)中，所述透析的時間為36～48小時。

14、透析的目的是去除反應(yīng)產(chǎn)物中的雜質(zhì)。在透析過程中，利用半透膜的選擇性透過原理，小分子物質(zhì)如未反應(yīng)的原料、副產(chǎn)物等可以通過半透膜，而大蒜碳點由于其相對較大的尺寸無法通過半透膜，從而實現(xiàn)雜質(zhì)的去除，得到純凈的大蒜碳點溶液。

15、一種大蒜碳點，采用本所述的大蒜碳點的制備方法制備得到。

16、本發(fā)明所述的大蒜碳點在抗菌中的應(yīng)用。

17、所述菌為大腸桿菌或金黃色葡萄球菌。

18、所述菌對大腸桿菌或金黃色葡萄球菌的殺菌效率大于99％。

19、發(fā)明機理：本發(fā)明的制備方法中，通過選擇溶劑水和乙醇，制備得到的大蒜碳點的極性、活性、表面基團不同。這是由原料的特性決定的。首先是大蒜特性，大蒜中含有大量的有機物質(zhì)，如碳水化合物、蛋白質(zhì)等，這些有機成分富含碳元素，是形成碳點的碳源基礎(chǔ)。同時，大蒜本身還含有氮、硫等雜原子，在熱解等過程中能夠自然摻雜到碳點結(jié)構(gòu)中，賦予碳點特殊的性能，如增強熒光特性、改變表面電荷分布等。作為天然生物質(zhì)，其來源廣泛、成本低廉，且生物相容性好，用其制備的碳點在生物醫(yī)學等領(lǐng)域應(yīng)用時具有較低的毒性風險。其次是水和乙醇混合溶劑的特性，水是一種極性溶劑，能夠溶解大蒜中的許多水溶性成分；乙醇也是一種常見的有機溶劑，對大蒜中的一些有機成分具有較好的溶解性。二者混合后，能夠更充分地溶解大蒜中的各種成分，使反應(yīng)體系更加均勻，有利于碳點的形成。混合溶劑為反應(yīng)提供了一個適宜的介質(zhì)環(huán)境，促進大蒜中的有機成分在加熱等條件下發(fā)生分解、聚合等反應(yīng)。水和乙醇的混合比例可以調(diào)節(jié)反應(yīng)的速率和產(chǎn)物的性質(zhì)，例如，適當增加乙醇的比例可能會提高某些有機成分的溶解度，從而影響碳點的尺寸和表面性質(zhì)。

20、反應(yīng)過程機理：在一定的溫度條件下，大蒜中的有機成分開始發(fā)生熱解反應(yīng)，大分子的有機物質(zhì)逐漸分解成小分子的化合物，隨著溫度的升高，這些小分子進一步發(fā)生碳化反應(yīng)，形成碳核。碳核在形成過程中，會逐漸形成類似石墨的微晶結(jié)構(gòu)，這是碳點具有熒光特性的重要基礎(chǔ)。同時，大蒜中原本存在的氮、硫等雜原子會在碳化過程中摻雜到碳核中，改變碳點的電子結(jié)構(gòu)，使其具有特殊的光學和電學性質(zhì)。水和乙醇分子在反應(yīng)過程中會與碳點表面相互作用，對碳點表面進行鈍化。乙醇分子中的羥基等官能團可以與碳點表面的不飽和鍵結(jié)合，減少表面缺陷，提高碳點的穩(wěn)定性和熒光量子產(chǎn)率。反應(yīng)體系中的水和乙醇還會促使大蒜中的一些成分在碳點表面形成豐富的官能團，如羥基、羧基、氨基等。這些官能團不僅可以提高碳點的水溶性，還能為碳點提供更多的反應(yīng)活性位點。

21、大蒜碳點的抗菌機理：

22、(1)破壞細菌細胞膜

23、大蒜碳點可能通過與細菌細胞膜相互作用，破壞細胞膜的完整性。碳點的納米尺寸使其能夠與細菌細胞膜緊密接觸，影響細胞膜的通透性，導致細胞內(nèi)物質(zhì)泄漏，從而抑制細菌的生長?？赡芡ㄟ^靜電作用吸附在細菌細胞膜表面，改變細胞膜的電位，干擾細胞膜的正常功能。

24、(2)產(chǎn)生活性氧物種(ros)

25、大蒜碳點在一定條件下可能產(chǎn)生活性氧物種，如超氧陰離子、羥基自由基等。這些活性氧物種具有強氧化性，能夠攻擊細菌細胞內(nèi)的生物分子，如蛋白質(zhì)、核酸等，破壞細菌的代謝功能，從而起到抗菌作用。

26、(3)干擾細菌代謝過程

27、大蒜碳點可能進入細菌細胞內(nèi)，干擾細菌的代謝過程。例如，影響細菌的呼吸作用、能量代謝、蛋白質(zhì)合成等關(guān)鍵代謝途徑，從而抑制細菌的生長和繁殖。

28、綜上所述，本發(fā)明通過混合溶劑熱反應(yīng)制備大蒜碳點，利用其獨特的物理化學性質(zhì)實現(xiàn)了良好的抗菌效果。這種綠色、環(huán)保、低成本的制備方法和抗菌應(yīng)用為解決細菌感染問題提供了新的思路和方法。

29、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點：(1)通過選用乙醇和水作為反應(yīng)溶劑，得到的大蒜碳點的活性提高；(2)經(jīng)過制備得到的大蒜碳點具有良好的穩(wěn)定性，在不同的環(huán)境條件下(如溫度、濕度等)能夠保持其抗菌性能和物理化學性質(zhì)，不易發(fā)生團聚現(xiàn)象，分散性良好，便于在各種材料中進行應(yīng)用；(3)本方法制備得到的大蒜碳點對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的殺菌能力均大于99％；(4)制備方法產(chǎn)率高，可以達到50％以上，有利于降低生產(chǎn)成本；(5)應(yīng)用前景廣泛，可應(yīng)用于醫(yī)用敷料領(lǐng)域，能夠有效預(yù)防傷口感染，促進傷口愈合。在抗菌涂料中使用大蒜碳點，可以提高涂料的抗菌性能，延長涂料的使用壽命，適用于醫(yī)院、食品加工廠等對衛(wèi)生要求較高的場所。用于食品包裝材料中，能夠抑制食品中的細菌生長，延長食品的保質(zhì)期，保障食品安全；(6)科學研究價值：為碳點的制備提供了一種新的思路和方法，豐富了碳點材料的研究領(lǐng)域。對大蒜碳點的抗菌機理的研究，有助于深入了解納米材料與細菌之間的相互作用，為開發(fā)新型抗菌材料提供理論依據(jù)；(7)環(huán)境友好：本發(fā)明以大蒜為原料制備碳點，大蒜是一種天然的食材，來源廣泛且可再生。與傳統(tǒng)碳點制備方法中使用的有毒有害化學試劑相比，本方法對環(huán)境的污染極小，符合綠色環(huán)保的發(fā)展理念。整個制備過程不產(chǎn)生大量難以處理的廢棄物，減少了對環(huán)境的負擔，有利于可持續(xù)發(fā)展。(8)成本低廉：大蒜價格相對較低，且在日常生活中較為常見，容易獲取。這大大降低了原材料的成本。制備過程中采用的混合溶劑熱反應(yīng)方法相對簡單，不需要昂貴的設(shè)備和復雜的工藝，進一步降低了生產(chǎn)成本。