氧化石墨烯口罩

口罩材料的石墨烯纳米血小板和氧化石墨烯功能化抑制被困 SARS-CoV-2 的传染性
iScience ( IF 6.107 ) Pub Date : 2021-06-25 , DOI: 10.1016/j.isci.2021.102788
Flavio De Maio 1, 2 , Valentina Palmieri 3 , Gabriele Babini 4 , Alberto Augello 5, 6 , Ivana Palucci 1, 2 , Giordano Perini 5, 6 , Alessandro Salustri 2 , Patricia Spilman 7 , Marco De Spirito 5, 6 , Maurizio Sanguinetti 1, 2 , Giovanni Delogu 2, 8 , Laura Giorgia Rizzi 9 , Giulio Cesareo 9 , Patrick Soon-Shiong 10 , Michela Sali 1, 2 , Massimiliano Papi 5, 6

二维纳米粒子生产的最新进展，如石墨烯 (G) 和氧化石墨烯 (GO)，有可能满足对针对 SARS-CoV-2 感染的高性能个人防护设备 (PPE) 的需求。G 和 GO 与微生物相互作用的能力为开发用于 PPE 的工程纺织品和限制 COVID-19 的传播提供了机会。目前在 COVID 传播的高风险环境中使用的 PPE 仅提供了一种物理屏障，可以降低感染的可能性并且不会灭活病毒。在这里，我们表明病毒与可溶性 GO 预孵育可抑制 VERO 细胞的 SARS-CoV-2 感染。此外，当 G/GO 功能化聚氨酯或棉与 SARS-CoV-2 接触时，织物的传染性几乎被完全抑制。

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更新日期：2021-07-07

一种基于氧化石墨烯的绿色抗菌防霾口罩及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及抗菌口罩技术领域，特别是涉及一种基于氧化石墨烯的绿色抗菌防霾 口罩及其制备方法。

背景技术

[0002] 近年来由于工业化进程的加快，各种污染的加剧，使人类生存的环境不断恶化，传 染病毒、病菌的潜在侵入机会增加，呼吸道传染病通过飞沫和空气传播具有传播速度快易 感人群广发病率高的特点对公众健康和社会稳定造成很大威胁;同时我国有很多城市都出 现了一定程度的雾霾天气，PM2 • 5医学上被称作可吸入颗粒物，是大气中颗粒物直径小于或 等于2.5微米的污染物，目前市面上一般的口罩过滤PM2.5效果较差，不能有效的阻挡 PM2.5。佩带防护口罩能够有效过滤PM2.5颗粒物，阻断病原微生物侵入人体，是预防呼吸道 传染病的流行、保护人员健康的有效手段。相关研究人员通过调查研究发现坚持佩戴口罩 可以降低流感的感染，而许多国家在流感爆发时，把储备防护口罩作为非药物干预的手段 来控制病原微生物的传播。抗菌防霾口罩在减少疾病、应对突发生物污染事件方面日益表 现出不可替代的重要作用。

[0003]自2004年，曼彻斯特大学两位科学家成功分离出石墨烯以来，石墨烯已然成为研 究的焦点与热点，近年来，科学家发现石墨烯不但可以通过对细菌细胞膜的插入进行切割， 还可以通过对细胞膜上磷脂分子的大规模直接抽取，来破坏细胞膜从而杀死细菌，除此之 外其因其理论比表面积可以达到2620m2/g，是一种潜在的吸附材料，能够在抗霾防尘方面 起到一定的作用。

[0004] 纳米银粒子能够粘附到细胞膜表面并且渗透进入细菌内，在细胞中与细菌膜中含 硫的蛋白质相互作用的，当银纳米粒子进入细菌细胞形成一个小分子量区域细菌的中心， 该细菌集团成簇。粒子攻击呼吸链，细胞分裂从而最终导致细胞死亡。在细菌细胞中该纳米 粒子释放出银离子，从而提高其杀菌活性。由于纳米粒子载体较大的比表面积和极高的表 面活性，抗菌剂与细菌能够充分接触，抗菌剂的使用量可减少，所以银系纳米抗菌剂在抗菌 持久、广谱性、耐高温、无耐药、不易分解、安全卫生及效率高等很多方面有了极大的改善， 其抗菌性能优于传统抗菌剂，可广泛应用于纺织品、塑料、涂料、水处理、陶瓷等的抗菌处理 中。

[0005] 目前市面使用的或相关专利报道的抗菌防霾口罩为了达到抗菌、防霾的目的，口 罩通常由多层的纱布或棉布等布料构成，并多步操作制备抗菌材料，这样的方式制备的口 罩增加了呼吸阻力、工序复杂、成本较高，而且抗菌剂由于和基底的复合性不够好，容易脱 落。因此，迫切需要一种制备方法简单，吸附灰尘性能较好，抗菌、除臭性优良，而且对于易 于通过空气等媒介传播的传染性病菌和病毒也能够起到很好的隔离效果的新型口罩来满 足市场需要。

发明内容

[0006] 本发明要解决的技术问题是针对目前已有的口罩成本高、制备工序复杂、而且抗 菌剂由于和基底的复合性不够好，容易脱落，不能起到应有的吸附灰尘、抗菌、除臭的作用， 提供一种制备方法简单，吸附灰尘性能较好，抗菌、除臭性优良，而且对于易于通过空气等 媒介传播的传染性病菌和病毒也能够起到很好的隔离效果的新型口罩。

[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

[0008] 一种基于氧化石墨烯的绿色防霾口罩，该口罩由口罩过滤层、口罩带及鼻夹构成， 口罩过滤层为长方形或正方形的无纺布材料，包括抗菌层和溶胶过滤层，是选用密度适中 并具有一定疏水性能的多层无纺布制作，其中有一层无纺布是喷涂了一定浓度一定体积的 有绿色抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸-纳米银溶液。

[0009]上述绿色抗菌防霾口罩的制备方法是按照以下步骤进行的：

[001°] ⑴用无纺布裁剪出3张相同于大小的正方形或长方形的，同时裁剪出一张相同大 小的用作溶胶过滤层的溶胶无纺布，并将裁剪好的三张无纺布的其中一片无纺布上喷涂一 定浓度一定体积的有绿色抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸-纳米银溶液；

[0011] (2)将3层无纺布和一层溶胶无纺布按照一定顺序叠放，将鼻夹设在过滤层上部中 心位置，放置在几层无纺布层之间，将口罩带两条穿过口罩两侧孔道，通过一定的工艺缝 制，粘合，固定即可得到所述的绿色抗菌防霾口罩。

[0012] 作为对本发明的限定，本发明所用的绿色抗菌材料是通过如下技术制备的：氧化 石墨烯-单宁酸-纳米银溶液是由氧化石墨烯、单宁酸、硝酸银按照质量比1:10〜30:0.2混 合于0.2〜0.5M的氢氧化钠溶液中，然后于80〜100°C避光反应1〜5h制备而得。

[0013]其中优选，本发明所述的绿色抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸-纳米银是由氧化石墨 烯、单宁酸、硝酸银按照质量比1:10〜20:0.2混合于0.3〜0.5M的氢氧化钠溶液中，然后于 90 °C避光反应2h离心洗涤制备而得。

[0014]优选的，鼻夹设在过滤层上部中心位置，放置在几层无纺布层之间，材料为金属或 金属和塑料的复合体，其既有可塑性，又有一定强度，便于佩戴时鼻部密封。

[0015]优选的，口罩带是两条穿过口罩两侧孔道的长带。

[0016] 优选的，这种绿色抗菌防霾口罩共有4层布料构成。

[0017]优选的，喷涂了绿色抗菌剂的无纺布层为从靠近口腔那层开始的第2或3层。

[0018]作为对本发明的再次限定，本发明所述的绿色抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸-纳米 银溶液是将抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸-纳米银溶解于乙醇、水或乙醇与水中而得到的混 合溶液。

[0019]本发明所用的绿色抗菌材料氧化石墨稀-单宁酸-纳米银溶液是浓度为5〇〜5〇〇y g/mL的水混合液。

[0020]优选的，绿色抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸-纳米银溶液是浓度为150〜300yg/mL 的水混合液。

[0021] 本发明所用的绿色抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸-纳米银溶液喷涂体积〇 . 〇 3〜 lmL/cm2。优选的，氧化石墨烯-单宁酸-纳米银溶液喷涂体积〇 .〇5mL/cm2。

[0022]本发明所述的绿色抗菌口罩抗菌层是由空气压缩的喷涂方式喷涂氧化石墨稀-单 宁酸-纳米银溶液制备而得。

[0023] 本发明的有益效果是：

[0024] (1)本发明所用的以氧化石墨烯为基底用单宁酸还原制备绿色抗菌材料氧化石墨 烯-单宁酸-纳米银的制备方法简单易行；

[0025] (2)本发明制备的绿色抗菌防霾口罩具有抗菌、祛除异味的功效，且纳米涂层无毒 无公害，制备工艺简单，同时具有良好的透气性能。

[0026] (3)本发明以氧化石墨烯为基底制备了一种简单、低成本、环境友好型的抗菌复合 材料氧化石墨烯-单宁酸-纳米银作为抗菌口罩的抗菌材料，其中单宁酸不仅起到还原纳米 银并使其稳定存在的作用，又能够通过JI-JI作用与石墨烯共辄达到分散石墨烯的作用。我们 采用这种绿色抗菌材料制备的抗菌口罩，不仅在吸附灰尘性能较好、抗菌、除臭性优良、呼 吸阻力较小，对于易于通过空气等媒介传播的传染性病菌和病毒也能够起到很好的隔离效 果。

[0027] (4)本发明所述的抗菌防霾口罩具有通过石墨烯对细菌细胞膜的插入进行切割， 还可以通过对细胞膜上磷脂分子的大规模直接抽取来杀死细菌的作用，又能通过银离子接 触反应造成微生物共有成分被破坏或产生功能障碍，破坏细胞合成酶的活性，导致细胞丧 失分裂能力而死。

附图说明

[0028]图1是本发明的口罩示意图，其中：1是无纺布层;2是喷涂了绿色抗菌复合物材料 的无纺布层;3是溶胶无纺布层;4是无纺布层;5是鼻夹;6是口罩带。

[0029]图2是本发明实施例3中制备的基于氧化石墨烯的绿色抗菌口罩氧抗菌（大肠杆 菌)实验结果:2-a为空白口罩组;2-b为氧化石墨烯-单宁酸-纳米银口罩组。

具体实施方式

[0030] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合本发明的具体 实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但 是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本 发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

[0031] 下面为具体实施例部分。

[0032] 本发明所述的绿色抗菌防霾口罩是按照以下基本方法制备的：

[0033] (1)用无纺布裁剪出3张相同于大小的正方形或长方形的，同时裁剪出一张相同大 小的用作溶胶过滤层的溶胶无纺布，并将裁剪好的三张无纺布的其中一片无纺布上喷涂一 定浓度一定体积的有绿色抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸_纳米银溶液；

[0034] (2)将3层无纺布和一层溶胶无纺布按照一定顺序叠放，将鼻夹设在过滤层上部中 心位置，放置在几层无纺布层之间，将口罩带两条穿过口罩两侧孔道，通过一定的工艺缝 制，粘合，固定即可得到所述的绿色抗菌防霾口罩。

[0035] 下述实施例是建立在上述基本方法的基础上，对绿色抗菌材料涂层进行制备得到 的。

[0036] 实施例1

[0037] 将氧化石墨烯、单宁酸、硝酸银按照质量比1:10:0 • 2混合于0 • 2M的氢氧化钠溶液 中，然后于80°C避光反应lh制备出绿色抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸-纳米银。

[0038] 配制浓度为5〇yg/mL的绿色抗菌材料氧化石墨燦-单宁酸-纳米银的水混合液。然 后采用压缩空气的方式在无纺布上喷涂抗菌混合液，平均喷涂量为0.03mL/an2。 ‘

[0039]将喷涂好的无纺布置于口罩的内，置于从靠近口腔那层开始的第2层，其中溶胶无 纺布层为从靠近口腔那层开始的第3层，靠近口腔的和最外层均为优质防护无纺布。

[0040] 实施例2

[0041]将氧化石墨烯、单宁酸、硝酸银按照质量比1: 30:0 • 2混合于〇. 5M的氢氧化钠溶液 中，然后于100°C避光反应5h制备出绿色抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸-纳米银。

[0042] 配制浓度为5〇Oyg/mL的绿色抗菌材料氧化石墨燦-单宁酸-纳米银的水混合液。然 后采用压缩空气的方式在无纺布上喷涂抗菌混合液，平均喷涂量为lmL/on2。 '

[0043]将喷涂好的无纺布置于口罩的内，置于从靠近口腔那层开始的第3层，其中溶胶无 纺布层为从靠近口腔那层开始的第2层，靠近口腔的和最外层均为优质防护无纺布。

[0044] 实施例3

[0045]将氧化石墨烯、单宁酸、硝酸银按照质量比1: 20:0 • 2混合于〇 • 3M的氛氧化钠溶液 中，然后于9〇°C避光反应2h制备出绿色抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸-纳米银。

[0046] 配制浓度为15〇yg/mL的绿色抗菌材料氧化石墨稀-单宁酸-纳米银的水混合液。然 后采用压缩空气的方式在无纺布上喷涂抗菌混合液，平均喷涂量为〇.5mL/cm2。 …

[0047]将喷涂好的无纺布置于口罩的内，置于从靠近口腔那层开始的第2层，其中溶胶无 纺布层为从靠近口腔那层开始的第3层，靠近口腔的和最外层均为优质防护无纺布。

[0048] 实施例4

[0049] 将氧化石墨炼、单宁酸、硝酸银按照质量比1:10:〇_2混合于〇.5邮勺氛氧化钠溶液 中，然后于90°C避光反应lh制备出绿色抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸-纳米银。

[0050] 配制浓度为3〇〇iig/mL的绿色抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸-纳米银的水混合液。然 后采用压缩空气的方式在无纺布上喷涂抗菌混合液，平均喷涂量为〇.5mL/cm2。

[0051]将喷涂好的无纺布置于口罩的内，置于从靠近口腔那层开始的第3层，其中溶胶无 纺布层为从靠近口腔那层开始的第2层，靠近口腔的和最外层均为优质防护无纺^布。

[0052] 实施例5

[0053]将氧化石墨炼、单宁酸、硝酸银按照质量比1:15:0 • 2混合于〇 • 4M的氢氧化钠溶液 中，然后于85°C避光反应4h制备出绿色抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸-纳米银。

[0054] 配制浓度为200iig/mL的绿色抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸-纳米银的水混合液。然 后米用压缩空气的方式在无纺布上喷涂抗菌混合液，平均喷涂量为〇.6mL/cm2。

[OO55]将喷涂好的无纺布置于口罩的内，置于从靠近口腔那层开始的第2层，其中溶胶无 纺布层为从靠近口腔那层开始的第3层，靠近口腔的和最外层均为优质防护无纺^布。

[0056] 实施例6

[0057]将氧化石墨烯、单宁酸、硝酸银按照质量比1:20:0 • 2混合于〇. 3M的氢氧化钠溶液 中，然后于9〇°C避光反应lh制备出绿色抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸-纳米银。

[0058] 配制浓度为200ug/inL的绿色抗囷材料氧化石墨燦-单宁酸-纳米银的水混合液。然 后米用压缩空气的方式在无纺布上喷涂抗菌混合液，平均喷涂量为〇.5mL/cm2。

[0059] 将喷涂好的无纺布置于口罩的内，置于从靠近口腔那层开始的第3层，其中溶胶无 纺布层为从靠近口腔那层开始的第2层，靠近口腔的和最外层均为优质防护无纺布。

[0060] 实施例7

[0061]将氧化石墨炼、单宁酸、硝酸银按照质量比1:15:0.2混合于0.4M的氢氧化钠溶液 中，然后于100°C避光反应3h制备出绿色抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸-纳米银。

[0062] 配制浓度为250ug/mL的绿色抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸-纳米银的水混合液。然 后采用压缩空气的方式在无纺布上喷涂抗菌混合液，平均喷涂量为〇.5mL/cm2。

[0063]将喷涂好的无纺布置于口罩的内，置于从靠近口腔那层开始的第3层，其中溶胶无 纺布层为从靠近口腔那层开始的第2层，靠近口腔的和最外层均为优质防护无纺布。

[0064]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。