CN101044848A

CN101044848A - 一种以丝素固载的纳米银抗菌粉体及其制备方法

Info

Publication number: CN101044848A
Application number: CNA2007100143058A
Authority: CN
Inventors: 艾仕云; 曲祥金; 周杰; 李金焕; 时伟杰; 马治军; 李晓晨
Original assignee: Shandong Agricultural University
Current assignee: Shandong Agricultural University
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2027-04-03
Also published as: CN101044848B

Abstract

本发明涉及一种以天然高分子材料丝素为载体的纳米银抗菌粉体及其制备方法，所述抗菌材料由纳米银颗粒牢固吸附在丝素蛋白质肽链表面及微孔内构成，其纳米银的含量为1％－5％重量，所述丝素的粒径为30－300纳米，所述纳米银的粒径为1－100纳米。本发明的产品可广泛用于化妆品、保健食品、酶固定化材料、生物传感器、人工皮肤、人工肌肉、化纤、涂料、搪瓷、塑料用品、家电制品、医疗卫生用品等领域。该产品原料来源广泛、生产工艺简单、克服了当今市场上众多银型抗菌剂制备过程中加入许多化学稳定剂和还原剂等有害成分，具有优异的生物相容性，对人体无毒、无害、无免疫反应，具有很高的经济和社会价值。

Description

一种以丝素固载的纳米银抗菌粉体及其制备方法

(一)技术领域

本发明涉及一种天然高分子抗菌粉体，特别是涉及一种用蚕丝的丝素与纳米银制成复合抗菌粉体以及该复合抗菌粉体的制备方法。

(二)背景技术

随着经济的发展和人民生活水平的提高，各种生活用品健康化已成为当今社会发展的潮流。近年来，在各种日用产品中添加抗菌材料已成为一种趋势，目前应用较多的抗菌材料为银系列产品。银系列抗菌材料是一类具有持久性、广谱性、耐热性好、安全性高、不易产生耐药性等特点的无机抗菌材料。但普通银制剂的抑菌效果较弱，将金属银加工成纳米银后即可产生强力的杀菌作用，这给广泛应用的银制剂开辟了广阔的前景。因而如何将少量纳米银固载到适当的载体上并发挥其独特的抗菌作用是一个研究热点。对于日用产品领域、生物领域、医用领域和食品工业的纳米银复合抗菌材料，天然高分子因无毒、无污染、分散效果和稳定性能好，是优选的载体材料。以往纳米银在天然高分子材料中固载的制备方法，一是先制备纳米银胶体，再将天然高分子材料浸渍在纳米银胶体溶液中，利用高分子吸附纳米银溶液，干燥粉碎而制得(如美国发明专利6379712；中国发明专利01110767)；二是利用天然高分子材料先和Ag⁺结合，再利用化学还原剂还原而制得(如中国发明专利200410051385)。前一种方法吸附作用力弱，稳定性差；后一种方法制备的产品中易存在因还原剂的加入而引入的有毒有害化学物质。且两种方法都存在制备工艺复杂，生产成本较高的缺点。

丝素蛋白是一种来自各种蚕丝的天然生物蛋白质。近年来，由于其具有优异的生物相容性，对人体无毒、无害、易于吸收，而广泛应用于保健食品、化妆品、人工皮肤、酶固定化材料、药物释放材料、涂料、打印墨水等领域。丝素蛋白质由甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸等18种氨基酸组成，其中酪氨酸残基因含有具有强还原能力的对甲苯酚基而能还原某些金属离子生成纳米金属颗粒而固载于丝素蛋白中。因而利用丝素蛋白的结构特点来制备和固定纳米银，开发新型的纳米银抗菌粉体，对扩展丝素蛋白和纳米银抗菌剂的应用领域具有重大的实用价值。Yong Zhou和陈文兴等人分别在Chem.Commun.(2001，2518.)和《中国科学B辑》(2003，33(3)，186.)公布了一种丝素蛋白质原位还原制备纳米贵金属丝素溶胶的方法，但未考虑采用丝素为载体固定纳米银抗菌粉体的制备。且此方法所得纳米银丝素溶胶浓度较低，不易干燥固化，难以实现丝素蛋白固载纳米银抗菌粉体的制备。

(三)发明内容

本发明的目的是为了扩大纳米银抗菌剂与丝素蛋白的应用领域，克服现有技术存在的不足，提供的一种无化学有害物质，且简单易操作的新型丝素固载纳米银抗菌粉体及其制备方法。

本发明是这样实现的：蚕丝经脱胶、溶解、透析，得到的丝素溶液与硝酸银溶液混合反应，制备纳米银丝素溶液。然后将制得的溶胶直接经真空冷冻或喷雾干燥、研磨，得可溶性的丝素固载的纳米银粉体。

本发明的具体实现是：将蚕丝在0.5％Na₂CO₃溶液中100℃脱胶两次，每次1h，以除去蚕丝外部的丝胶蛋白，洗净并于80℃下干燥，获得纯的丝素蛋白。将一定量的丝素蛋白溶于一定的溶解液中在一定温度下溶解，装入纤维素半透膜中，用蒸馏水透析72h，得浓度为0.1～15％的丝素水溶液。然后将一定浓度的硝酸银溶液加入到丝素水溶液中形成混合液，用盐酸或氢氧化钠溶液将混合溶液的pH值调整到一定值，在一定温度下反应一段时间，待溶液颜色逐渐由无色变为黄色，制得纳米银丝素溶液。然后将制得的溶液经真空冷冻或喷雾干燥可得丝素吸附固载的纳米银粉体。

上述技术方案中所述的蚕丝为家蚕丝、野蚕丝、柞蚕丝、蓖麻蚕丝、蜘蛛丝或由基因工程生产的类蚕丝。

所述的溶解液为稀盐酸溶液、稀硫酸溶液、CaCl₂水溶液、CaCl₂-乙醇-水三元混合溶液中的一种；溶解温度控制在10～110℃之间。

所述的硝酸银溶液的浓度为0.001～0.01mol·L^-1。

所述的丝素与硝酸银溶液反应的pH值调整在3～11之间；反应时间8-12h；反应温度控制在5～50℃之间。

对获得的丝素固载的纳米银溶液进行真空冷冻或喷雾干燥，可制得丝素平均粒度在30～100nm，银颗粒在1-70nm之间的均匀丝素固载纳米银粉体。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1.在制造过程中，利用丝素蛋白质氨基酸残基直接还原硝酸银溶液，丝素蛋白质既作还原剂又作保护剂，形成的丝素固载纳米银复合粉体具有高度的分散性和稳定性。

2.制造工艺简单，成本低、效益高，具有广阔的市场前景。

3.在制造过程中不使用任何有毒的化学试剂，所得丝素固载纳米银复合粉体对人体无毒、无害、无免疫反应，并且具有良好的生物相容性，可广泛用于化妆品、保健食品、酶固定化材料、生物传感器、人工皮肤、人工肌肉、化纤、涂料、搪瓷、塑料用品、家电制品、医疗卫生用品等领域。

(四)附图说明

图1为本发明产品生产工艺流程图。

图中1是蚕丝脱胶，2是丝素干燥，3是丝素溶解，4是减压过滤，5是透析脱盐，6是纳米银丝素溶液制备，7是真空冷冻或喷雾干燥，8是成品。

图2为本发明产品的紫外-可见光谱图。

图3是本发明产品的原子力显微镜图片。

图4为本发明产品的红外吸收光谱图。

(五)具体实施方式

下面将通过具体的实例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

1.选取干净除杂的蚕丝于0.5％Na₂CO₃水溶液中，100℃脱胶两次，每次1h，浴比1∶50。脱胶后的丝素置于80℃的干燥箱中干燥至干。

2.将干燥后的丝素置于CaCl₂∶C₂H₅OH∶H₂O＝1∶2∶8(摩尔比)的混合溶液中，浴比1∶10，80±5℃溶解30分钟，减压过滤溶解液，装于纤维素半透膜中，用蒸馏水透析脱盐，制成丝素溶液，其浓度为0.5～15％，最好是浓缩或稀释成10％左右的丝素溶液。

3.取上述丝素溶液10g，逐滴滴加于10g0.1％的AgNO₃水溶液中，用20％NaOH溶液将混合溶液的pH值调整到9～10，于25℃放置，溶液的颜色逐渐由无色变为黄色，反应10小时即制得纳米银丝素溶液。

4.将制得的纳米银丝素溶液在进风温度195～200℃，出风温度80～85℃下进行喷雾干燥，即可制得丝素平均粒度在200nm左右，纳米银平均粒径在50nm左右的均匀颗粒。

参见附图2，水溶性丝素溶液和纳米银丝素溶液在日本岛津UV-250型紫外-可见分光光度计上测定的紫外吸收光谱图，图中277nm左右的吸收峰(曲线a)是丝素中氨基酸残基中的氨基酸、苯丙氨酸、色氨酸等芳香基团的π→π^*电子跃迁的吸收峰，在420nm左右的吸收峰为纳米银的吸收(曲线b)。

参见附图3，纳米银丝素负载于光栅上，于AJ-01透射电子显微镜(上海爱建纳米科技有限公司)上观察的透射电子显微镜图(TEM)，由图可见，丝素还原的纳米银颗粒平均粒径在40nm左右，被均匀的包裹在丝素胶体中，由于丝素包裹层的存在减少了粒子相互靠近“粘结”聚沉的可能性，提高了粒子的稳定性和分散性。

参见附图4，丝素溶液的干燥粉和纳米银丝素溶液干燥粉少许用KBr压片制样，在NICOLET-380型红外光谱仪(美国thermo)上进行测定的红外光谱图，丝素干燥粉的谱图中(曲线a)3420cm^-1左右为蛋白质N-H伸缩振动特征吸收峰，丝素的酰胺I带、酰胺II和酰胺III带谱峰在1644.2cm^-1、1524cm^-1和1233.6cm^-1处，而纳米银丝素溶液干燥粉的谱图(曲线b)则变为1640.1cm^-1、1561.3cm^-1和1233.6cm^-1，其中1524cm^-1与1233.6cm^-1的强度均减小；另外丝素中的ν(COO^-)由1329cm^-1变为1333.2cm^-1，并得以增强，说明丝素中的-COO^-的含量和存在状态发生了改变，这表明在复合粉中Ag(I)与丝素反应，生成了Ag纳米粒子与丝素的复合物。

实施例2：

1.蚕丝脱胶与实施例1相同。

2.将干燥后的丝素置于40％的CaCl₂的溶液中，浴比1∶20，100℃溶解5分钟，减压过滤溶解液，装于纤维素半透膜中，用蒸馏水透析脱盐，制成丝素溶液，其浓度为0.5～15％，最好是浓缩或稀释成8％左右的丝素溶液。

3.取上述丝素溶液10g，逐滴滴加于10g0.2％的AgNO₃水溶液中，用20％NaOH溶液将混合溶液的pH值调整到8～9，于10℃放置，溶液的颜色逐渐由无色变为黄色，放置12小时即制得纳米银丝素溶液。

4.将制得的纳米银丝素溶液在进风温度185～190℃，出风温度80～85℃下进行喷雾干燥，即可制得丝素平均粒度在150nm左右，纳米银平均粒径在30nm左右的均匀颗粒。

实施例3：

1.蚕丝脱胶与实施例1相同。

2.将干燥后的丝素置于6mol/L的盐酸溶液中，浴比1∶25，85℃溶解1.5小时，减压过滤溶解液，装于纤维素半透膜中，用蒸馏水透析脱盐，制成丝素溶液，其浓度为0.5～15％，最好是浓缩或稀释成8.5％左右的丝素溶液。

3.取上述丝素溶液10g，逐滴滴加于10g0.15％的AgNO₃水溶液中，用10％HCl溶液将混合溶液的pH值调整到4～5，于5℃放置，溶液的颜色逐渐由无色变为黄色，放置24小时即制得纳米银丝素溶液。

4.将制得的纳米银丝素溶液在-50℃下进行真空冷冻干燥，即可制得丝素平均粒度在175nm左右，纳米银平均粒径在40nm左右的均匀颗粒。

实施例4：

1.蚕丝脱胶与实施例1相同。

2.将干燥后的丝素置于20％的硫酸溶液中，浴比1∶50，76℃溶解1小时，减压过滤溶解液，装于纤维素半透膜中，用蒸馏水透析脱盐，制成丝素溶液，其浓度为0.5～15％，最好是浓缩或稀释成7.5％左右的丝素溶液。

3.取上述丝素溶液10g，逐滴滴加于10g0.5％的AgNO₃水溶液中，用20％NaOH溶液将混合溶液的pH值调整到7～8，于25℃放置，溶液的颜色逐渐由无色变为黄色，放置12小时即制得纳米银丝素溶液。

4.将制得的纳米银丝素溶液在-50℃下进行真空冷冻干燥，即可制得丝素平均粒度在270nm左右，纳米银平均粒径在80nm左右的均匀颗粒。

Claims

1、一种以丝素固载的纳米银抗菌粉体，其特征在于纳米银颗粒在丝素蛋白质肽链表面和微孔内牢固吸附而构成；其纳米银的含量为1％-5％重量，所述丝素的粒径为30-300纳米，所述纳米银的粒径为1-100纳米。

2、根据权力要求1所述的一种以丝素固载的纳米银抗菌粉体，其特征在于所述的蚕丝为家蚕丝、野蚕丝、柞蚕丝、蓖麻蚕丝、蜘蛛丝或由基因工程生产的类蚕丝。

3、一种以丝素固载的纳米银抗菌粉体的制备方法，其特征在于包括蚕丝经脱胶、溶解液溶解制备丝素溶液，所得丝素溶液与一定浓度硝酸银溶液反应，反应液经过滤、清洗、干燥等工艺制备丝素固载纳米银抗菌粉体。

4、根据权力要求3所述的一种以丝素固载的纳米银抗菌粉体的制备方法，其特征在于所述的溶解液为稀盐酸溶液、稀硫酸溶液、CaCl₂水溶液、CaCl₂-乙醇-水三元混合溶液中的一种。

5、根据权力要求3所述的一种以丝素固载的纳米银抗菌粉体的制备方法，其特征在于所述的硝酸银溶液的浓度为0.001～0.01mol·L^-1。

6、根据权力要求3所述的一种以丝素固载的纳米银抗菌粉体的制备方法，其特征在于所述的丝素溶液与硝酸银溶液反应的pH值调整在3～11之间；反应温度控制在5～50℃之间；反应时间为8-12h。

7、根据权力要求3所述的一种以丝素固载的纳米银抗菌粉体的制备方法，其特征在于对获得的丝素固载的纳米银溶液进行真空冷冻或喷雾干燥，可制得丝素平均粒度在30～300nm，银颗粒在1-70nm之间的均匀颗粒。