CN101016391B - 具有抗菌功能的多糖类纳米材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有抗菌功能的多糖类纳米材料及其制备方法和应用，本发明是以含羧基或磺酸基团的水溶性多糖类物质为基础原料，通过在水溶液中负载具有抑菌活性的金属离子，再依次经离心分离、超声分散和冷冻或喷雾干燥制备而成。该系列多糖类纳米材料的粒径20-800nm，金属离子负载量为10～500mg/g，抗菌活性可以达到99.9％以上，可以作为新型抗菌材料、抗病毒药物和饲料添加剂等，广泛应用于纺织业、畜牧业和作为抗病毒药物应用于医药领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种多糖类纳米材料，具体涉及一种以含羧基或磺酸基团的水溶性多糖类物质为基础原料，通过负载具有抑菌活性金属离子的抗菌功能多糖类纳米材料及其制备方法和用途。
技术背景
纤维素、壳聚糖和海藻酸等多糖类物质，是自然界储藏量最为丰富的天然高分子，具有良好的生物相容性、无毒、可生物降解和环境友好等特点，在生物医用、食品、纺织等领域具有广泛的用途。多糖类物质的微球、珠状多糖类物质已被开发应用于组织工程、抗癌药物、蛋白质的控释系统。
目前制备微球状多糖类物质的方法有：
基于高聚物阳离子和高聚物阴离子静电相互作用的复凝聚法、共价交联法、离子凝胶化法、乳滴聚结技术和水油两相法等，这些方法大都涉及到有机溶剂、表面活性剂或交联剂。
Qi，Linfeng，Xu，Zirong，Jiang，Xia，et al.Preparation and antibacterial activity ofchitosan nanoparticles.Carbohydrate Research，2004，339(16)：2693-2700报道了基于静电引力方法合成的载铜壳聚糖颗粒，通过壳聚糖和三聚磷酸钠(TPP)之间的静电引力作用首先制备纳米壳聚糖颗粒，然后再通过纳米壳聚糖颗粒的载铜合成出载铜壳聚糖微粒，动态光散射测试其平均粒径为257nm，原子力显微镜观测其粒径大约为1.2um，该载铜壳聚糖微粒具有较好的抗菌性能。但是，该方法需引入如三聚磷酸钠类的阴离子表面活性剂，而且获得的载铜壳聚糖颗粒的粒径大。
Tanima，b.，susmita，m.，singh，K.Preparation characterization and biodistribution ofultrafine ehitosan nanopanicles.International Journal of pharm.，2002，243(1-2)：93-102报道在-(2.乙基己基)硫代丁二酸(AOT)/正己烷反相胶束体系中同时使用戊二醛制得用于蛋白质药物释放的壳聚糖纳米粒的方法他们发现纳米粒粒径随交联度增加而数倍地增长当纳米粒溶液浓度在4％左右，交联度为10％时，粒径约75nm，而交联度为100％时，粒径达500～600nm化学交联往往会对细胞的存活率和大分子药物的完整性产生不利影响，且交联剂毒性较大，因而用该法制得的壳聚糖药物载体在应用上有一定局限性
发明内容
本发明的目的是提供一种具有抗菌功能的多糖类纳米材料及其制备方法和应用，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明的抗菌功能多糖类纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将pH值为2.0～7.0、重量浓度为0.01％～5％的含羧基或磺酸基团的水溶性多糖类物质的水溶液，在15～60℃，加入浓度为1～500mmol/l的含金属离子的盐溶液，获得分散液I；
所说的多糖类物质选自海藻酸、海藻酸钠盐、海藻酸钾盐、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠盐、羧甲基纤维素钾盐、羧甲基壳聚糖钠盐、羧甲基壳聚糖钾盐、单羧基纤维素、单羧基纤维素钠盐、单羧基纤维素钾盐、单羧基壳聚糖、单羧基壳聚糖钠盐、单羧基壳聚糖钾盐、2，3-二羧基纤维素、2，3-二羧基纤维素钠盐、2，3-二羧基纤维素钾盐、香菇多糖、香菇多糖钠盐、右旋糖酐或其钠盐、裂褶菌多糖或其钠盐、木糖或其钠盐、茯苓菌丝体多糖或其钠盐、粗褐藻多硫酸酯或其钠盐、牛膝多糖或其钠盐、黄芪多糖或其钠盐、褐藻胶或其钠盐、卡拉胶或卡拉胶钠盐；
金属离子的盐溶液为铜离子或锌离子的硫酸盐、盐酸盐、硝酸盐水溶液或为银离子的硝酸盐水溶液；
含羧基或磺酸基团的水溶性多糖类物质的溶液与含金属离子盐的溶液的体积比为：
含羧基或磺酸基团的水溶性多糖类物质的溶液∶含金属离子盐的溶液
＝1∶0.01～20；
2)将步骤1)的分散液离心分离，收集分离出的固体物料，用水洗涤，洗脱其中含有的游离金属离子，得到具有抗菌功能的多糖类材料颗粒；
3)将步骤2)的具有抗菌功能的多糖类材料颗粒加入溶剂中，超声分散，获得分散液II；
所说的溶剂选自水、乙醇、甲醇或丙酮中的一种或几种，溶剂中，具有抗菌功能的多糖类材料颗粒的含量为0.1～10g/100ml；
4)将分散液II经冷冻或喷雾干燥，即可得到本发明的具有抗菌功能的多糖类纳米材料，粒径为20-800nm纳米，金属离子负载量为10～500mg/g，抗菌活性可以达到99.9％以上；
本发明的具有抗菌功能的多糖类纳米材料，可以作为抗菌材料、抗病毒药物和饲料添加剂等，广泛应用于纺织业、畜牧业和作为抗病毒药物应用于医药领域。
本发明的优点：
本发明以水为溶剂，在温和条件下基于离子交换吸附或螯合作用抗菌功能多糖类纳米材料的方法，制备过程可避免使用有毒试剂和引入其它杂质，如表面活性剂和分散剂；本发明可以制得多种抗菌功能多糖类纳米材料，其可选择的多糖类基体种类多样，可以选择含羧基的水溶性多糖类物质，包括海藻酸及其钠盐和钾盐、羧甲基纤维素及其钠盐和钾盐、羧甲基壳聚糖及其钠盐和钾盐、单羧基纤维素及其钠盐和钾盐、单羧基壳聚糖及其钠盐和钾盐、2，3-二羧基纤维素及其钠盐和钾盐；也可以选择含磺酸基团的水溶性多糖类物质，包括香菇多糖及其钠盐、右旋糖酐及其钠盐、裂褶菌多糖及其钠盐、木糖及其钠盐、茯苓菌丝体多糖及其钠盐、粗褐藻多硫酸酯及其钠盐、牛膝多糖及其钠盐、黄芪多糖及其钠盐、褐藻胶及其钠盐和卡拉胶及其钠盐。本发明可以通过控制多糖类物质浓度、金属离子浓度和搅拌速度制得不同粒径和金属离子负载量的抗菌功能多糖类纳米材料。抗菌率的大小可以通过调控金属离子负载量来控制。本发明可以使得不具有抗菌功能的多糖类物质，通过负载具有抗菌功能的金属离子而具有抗菌功能，作为抗菌材料、抗病毒药物或饲料添加剂，用于纺织业、畜牧业和作为抗病毒药物应用于医药领域。
附图说明
图1为实例1制备的载铜抗菌功能纳米材料的SEM照片，粒径约为68nm；
图2为实例2制备的载铜抗菌功能纳米材料的SEM照片，粒径约为120nm；
图3为实例3制备的载铜抗菌功能纳米材料的SEM照片，粒径约为750nm；
图4为实例4制备的载铜抗菌功能纳米材料的SEM照片，粒径约为600nm；
具体实施方式
实施例1
配制重量浓度为1％的羧甲基壳聚糖(分子量100000，取代度85％，脱乙酰度95)的水溶液，在磁力搅拌条件下(搅拌速度600rpm)将浓度为100mmol/L的CuSO4溶液(20ml)滴加到100ml 1％羧甲基壳聚糖的溶液(pH为4)中并保持温度恒定在25℃，滴加速度300ml/h，滴加完毕后继续搅拌30min。pH采用重量浓度为1％的NaOH溶液进行调节；
将所得反应混合物用离心机在15000rpm下离心4h，用去离子水反复洗涤离心得到的固状物，用BaCl2检测溶液至无SO4 2-存在，把得到的固状物在超声作用下分散于100ml水中。所得分散液经喷雾(干燥机入口温度165℃)干燥后得到载铜壳聚糖基纳米颗粒。
上述方法制备的载铜纳米材料平均粒径为68nm，金属离子负载量为218mg/g，扫描电镜显示纳米粒子呈规则的球状，分布均匀(见图1)，其对金黄葡萄球菌杀菌率达到99％(按照中华人民共和国卫生部颁发的“消毒技术规范”，用振荡法进行抗菌测试)。
实施例2
配制重量浓度为1％羧甲基壳聚糖(分子量100000，取代度85％，脱乙酰度95)的水溶液，在磁力搅拌条件下(搅拌速度600rpm)将浓度为100mmol/L的CuSO4溶液(20ml)缓慢滴加到100ml 1％羧甲基壳聚糖的溶液(pH为4)中，并保持温度恒定在室温，滴加速度300ml/h，滴加完毕后继续搅拌30min。pH采用重量浓度为1％的NaOH溶液进行调节；
将所得反应混合物用离心机在15000rpm下离心4h，用去离子水反复洗涤离心得到的固状物，用BaCl2检测溶液至无SO4 2-存在，把得到的固状物在超声作用下分散于100ml水中。所得分散液经冷冻干燥后得到载铜壳聚糖基纳米颗粒。
上述方法制备的载铜抗菌功能纳米材料平均粒径为120nm，金属离子负载量为218mg/g，透射电镜显示纳米粒子呈规则的球状，分布均匀见图2)，其对金黄葡萄球菌杀菌率达到99％(按照中华人民共和国卫生部颁发的“消毒技术规范”，用振荡法进行抗菌测试)。
实施例3
配制重量浓度为1％羧甲基壳聚糖(分子量500000，取代度85％，脱乙酰度95)的溶液，在磁力搅拌条件下(搅拌速度600rpm)将浓度为100mmol/L的CuSO4溶液(20ml)缓慢滴加到100ml 1％羧甲基壳聚糖的溶液(pH为4)中并保持温度恒定在室温，滴加速度300ml/h，滴加完毕后继续搅拌30min。pH采用重量浓度为1％的NaOH溶液进行调节；
将所得反应混合物用离心机在15000rpm下离心4h，用去离子水反复洗涤离心得到的固状物，用BaCl2检测溶液至无SO4 2-存在，把得到的固状物在超声作用下分散于100ml水中。所得分散液经喷雾(干燥机入口温度165℃)干燥后得到载铜壳聚糖基纳米颗粒。
上述方法制备的载铜纳米材料平均粒径为750nm，金属离子负载量为335mg/g，扫描电镜显示纳米粒子呈规则的球状，分布均匀(见图3)，其对金黄葡萄球菌杀菌率达到99％(按照中华人民共和国卫生部颁发的“消毒技术规范”，用振荡法进行抗菌测试)。
实施例4
配制重量2％羧甲基纤维素(分子量500000，取代度85％，脱乙酰度95)的水溶液，在磁力搅拌条件下(搅拌速度600rpm)将浓度为100mmol/L的CuSO4溶液(20ml)缓慢滴加到100ml 2％羧甲基纤维素的溶液(pH为5)中并保持温度恒定在室温，滴加速度300ml/h，滴加完毕后继续搅拌30min。pH采用重量浓度为1％的NaOH溶液进行调节；
将所得反应混合物用离心机在15000rpm下离心4h，用去离子水反复洗涤离心得到的固状物，用BaCl2检测溶液至无SO4 2-存在，把得到的固状物在超声作用下分散于100ml水中。所得分散液经喷雾(干燥机入口温度165℃)干燥后得到载铜壳聚糖基纳米颗粒。
上述方法制备的载铜纳米材料平均粒径为750nm，金属离子负载量为335mg/g，扫描电镜显示纳米粒子呈规则的球状，分布均匀(见图4)，其对金黄葡萄球菌杀菌率达到99％(按照中华人民共和国卫生部颁发的“消毒技术规范”，用振荡法进行抗菌测试)。
实施例5
应用本发明制备的抗菌功能多糖类纳米材料作为抗菌药物治疗由大肠杆菌感染引起的仔猪腹泻。以28日龄断奶仔猪为试验对象，分别以多糖类纳米抗菌材料、抗生素为实验材料设两个实验组，实验组分别下设添加、不添加大肠杆菌菌株两个分组，每个实验组设三个浓度梯度(浓度梯度的设定参考抑菌试验的结果)，每个浓度梯度设三个重复，另设一个对照组(饲喂基础日粮)。每日记录采食量，计算日增重与腹泻率。饲养结束时，分别计算各个实验组死亡率，并检测十二指肠内容物中大肠杆菌数量以评定多糖类纳米抗菌材料对肠道菌群影响。
表1给出了多糖类纳米抗菌材料治疗仔猪腹泻试验效果
表1多糖类纳米抗菌材料治疗仔猪腹泻试验效果
实验结果表明，多糖类纳米抗菌材料能有效治疗由于大肠杆菌感染菌感染引起的仔猪腹泻，较少肠道内容物大肠杆菌数量，降低仔猪死亡率，增强仔猪免疫力。
实施例6
应用本发明制备的抗菌功能多糖类纳米材料作为添加剂，与聚丙烯树脂混合，基于聚丙烯树脂的重量，添加重量为1.5％，在DACA微型共混仪上于210℃将混合材料挤出，并通过卷绕机(400rpm)卷绕，所得纤维制成袜筒，其抗菌率达99％。
实施例7
把实施例1或实例2经离心分离和洗涤得到的抗菌功能纳米材料，通过超声分散配制成重量浓度为5％的分散液浸轧渍棉织物(浴比1∶30，轧液率100％)，在80℃下预烘，在140℃下焙烘2min，制得的棉织物的抗菌率达99％。
Claims (6)
1.一种具有抗菌功能的多糖类纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将pH值为2.0～7.0、重量浓度为0.01％～5％的含羧基或磺酸基团的水溶性多糖类物质的水溶液，在15～60℃，加入浓度为1～500mmol/L的含金属离子的盐溶液，获得分散液I；
金属离子的盐溶液为铜离子或锌离子的硫酸盐、盐酸盐、硝酸盐水溶液或为银离子的硝酸盐水溶液；
2)将步骤1)的分散液离心分离，收集分离出的固体物料，用水洗涤，得到具有抗菌功能的多糖类材料颗粒；
3)将步骤2)的具有抗菌功能的多糖类材料颗粒加入溶剂中，超声分散，获得分散液II；
4)将分散液II经冷冻或喷雾干燥，即可得到本发明的具有抗菌功能的多糖类纳米材料，
其中多糖类纳米材料的粒径为20-800nm，金属离子负载量为10～500mg/g。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的多糖类物质选自海藻酸、海藻酸钠盐、海藻酸钾盐、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠盐、羧甲基纤维素钾盐、羧甲基壳聚糖钠盐、羧甲基壳聚糖钾盐、单羧基纤维素、单羧基纤维素钠盐、单羧基纤维素钾盐、单羧基壳聚糖、单羧基壳聚糖钠盐、单羧基壳聚糖钾盐、2，3-二羧基纤维素、2，3-二羧基纤维素钠盐、2，3-二羧基纤维素钾盐、香菇多糖、香菇多糖钠盐、右旋糖酐或其钠盐、裂褶菌多糖或其钠盐、木糖或其钠盐、茯苓菌丝体多糖或其钠盐、粗褐藻多硫酸酯或其钠盐、牛膝多糖或其钠盐、黄芪多糖或其钠盐、褐藻胶或其钠盐、卡拉胶或卡拉胶钠盐。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，含羧基或磺酸基团的水溶性多糖类物质的溶液与含金属离子盐的溶液的体积比为：
含羧基或磺酸基团的水溶性多糖类物质的溶液∶含金属离子盐的溶液＝1∶0.01～20。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的溶剂选自水、乙醇、甲醇或丙酮中的一种或几种，溶剂中，具有抗菌功能的多糖类材料颗粒的含量为0.1～ 10g/100ml。
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法制备的多糖类纳米材料。
6.根据权利要求5所述的多糖类纳米材料的应用，其特征在于，作为抗菌材料、抗病毒药物和饲料添加剂。
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Legal Events
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Application publication date: 20070815 Assignee: Beijing Shu brilllant Baby Products Co Ltd Assignor: Donghua University Contract record no.: 2012990000683 Denomination of invention: Polysaccharides nano material with antibiotic function, preparing method and application thereof Granted publication date: 20110831 License type: Exclusive License Record date: 20120918 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20110831 Termination date: 20210212 |