CN101297976A - 抗菌性的银/壳聚糖纳米纤维膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗菌性的银/壳聚糖纳米纤维膜的制备方法，属于纳米复合纤维膜制备技术。该方法过程包括：配制壳聚糖乙酸溶液、硝酸银水溶液、硼氢化钠水溶液和氧化乙烯乙酸溶液，按照壳聚糖乙酸溶液与硝酸银水溶液及NaBH4水溶液的体积比混合形成复合胶乳，将复合胶乳与氧化乙烯乙酸溶液按体积比进行混合，配制成纺丝溶液，纺丝溶液注入到静电纺丝装置中的注射器中，进行静电纺丝形成纤维膜，纤维膜进行交联处理，得到抗菌性的银/壳聚糖纳米纤维膜。本发明的优点在于，制备过程简单，制得的膜材料，具有广谱的杀菌性，24h对大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌均具有较高的致死率。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗菌性的银/壳聚糖纳米纤维膜的制备方法，属于纳米复合纤维膜制备技术。
背景技术
通过静电纺丝的方法可以制备壳聚糖超细纤维膜，这种膜具有生物相容性好、抗菌性强、可止血和促进伤口愈合等作用，因此壳聚糖及其衍生物的超细纤维膜可用作创伤敷料和组织工程支架等。然而，壳聚糖仅对真菌具有较高的致死率，不具有抗菌的广谱性，这极大限制了壳聚糖膜的应用范围。
由于银离子和纳米银粒子是广谱的杀菌剂，对真菌和细菌均有较好的抑制作用，因此，通过银离子与壳聚糖螯合制备银/壳聚糖复合物可提高壳聚糖基材料的抗菌性能。Chen等将硫氰酸铵与壳聚糖作用得到硫脲壳聚糖，即而与硝酸银反应制得硫脲壳聚糖/Ag+复合物，在稳定了Ag+的同时增强了壳聚糖的抗菌性[Shuiping Chen，Guozhong Wu，Hongyan Zeng.“Preparation of high antimicrobial activity thiourea chitosan-AgC complex”.Carbohydrate Polymers，2005(60)：33-38]；Zhou等在粘土/壳聚糖中将银离子还原，制备出了粘土/壳聚糖/银纳米复合材料，增强了壳聚糖材料的杀菌效果，将抗菌材料填入到医学导尿管中，可有效杀死假单胞菌、葡萄状球菌和假丝酵母菌[Ning-lin Zhou，Ying Liu，LiLi，et al.“A new nanocomposite biomedical material of polymer/Clay-Cts-Ag nanocomposites”，Current Applied Physics，2007(7S1)：e58-e62]。
壳聚糖/聚氧化乙烯(PEO)、壳聚糖/聚乙烯(PVA)等共混膜具有强度高、易加工、化学稳定性好等优点，广泛用于医用材料和组织工程材料。本专利发明者曾对壳聚糖及其相关材料的电纺纤维膜的制备及性能进行了研究，所得壳聚糖和PLGA-壳聚糖/PVA电纺纤维膜具有完整的纤维形貌、良好的力学性能和细胞相容性，可用作组织修复材料[BinDuan，Cunhai Dong，Xiaoyan Yuan，et al“Electrospinning of chitosan solutions in acetic acidwith polyethylene oxide)”，Journal of Biomaterials Science-Polymer Edition，2004(6)：797-811；Bin Duan，Xiaoyan Yuan，Yi Zhu，et al.“A nanofibrous composite membrane of PLGA-chitosan/PVA prepared by electrospinning”，European Polymer Journal，2006(42)：2013-2022]。但此项研究仅限于复合纤维膜的结构、力学性能和生物相容性，未能对其抗菌性能进行深入探讨。
有关由银/壳聚糖复合粒子和复合胶乳材料来制备高抗菌性的银/壳聚糖复合纳米纤维膜的制备方法，目前尚未见有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗菌性的银/壳聚糖纳米纤维膜的制备方法，该制备方法过程简单，以此制得的膜材料，其抗菌效果良好。
本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种抗菌性的银/壳聚糖纳米纤维膜的制备方法，所述的高抗菌性的银/壳聚糖纳米纤维膜，是由直径为60nm～200nm的银/壳聚糖纳米纤维构成，膜的厚度为50μm～180μm，孔隙率为60％～85％，拉伸模量为20MPa～400MPa，拉伸强度为2MPa～7MPa，断裂伸长率为50％～120％，24h对大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的致死率分别为95％～100％、95％～100％、90％～97％和90％～97％，其制备过程，特征在于包括以下步骤：
1.将相对分子质量为20万～40万、脱乙酰化度为70～98％的壳聚糖溶于质量浓度为2％～5％的乙酸水溶液中，配制成质量浓度为40g～70g/L的壳聚糖乙酸溶液；
2.将硝酸银溶于水中，配制成浓度为0.05mol/L～0.2mol/L的硝酸银水溶液；
3.将硼氢化钠(NaBH4)溶于水中，配制成浓度为0.1mol/L～0.4mol/L的NaBH4水溶液；
4.将氧化乙烯(PEO)溶于质量浓度为2％～5％的乙酸水溶液中，配制成质量浓度为40g～70g/L的氧化乙烯乙酸溶液；
5.按照壳聚糖乙酸溶液与硝酸银水溶液及NaBH4水溶液的体积比为20∶1∶1，在壳聚糖乙酸溶液中加入硝酸银水溶液，搅拌30～40min后再加入硼氢化钠水溶液，继续搅拌1～2h形成复合胶乳；
6.将步骤5制得的复合胶乳与步骤4制得的氧化乙烯乙酸溶液按体积比为2∶1～1∶1进行混合，配制成纺丝溶液；
7.将步骤6制得的纺丝溶液注入到静电纺丝装置中的注射器中，在电压为6kV～15kV、溶液流量为0.05mL/h～0.2mL/h、接收距离为5cm～20cm的条件下进行静电纺丝并形成纤维膜，纤维膜在30mL质量浓度为25g/L的戊二醛溶液蒸气中于30℃～40℃温度下，进行交联处理，得到抗菌性的银/壳聚糖纳米纤维膜。
本发明的优点在于，制备过程简单，以此制得的膜材料，在较好地保持电纺纳米纤维膜的可降解性和生物相容性的前提下，改善纳米纤维的形貌，提高其孔隙率、吸液率和膜的力学性能，并且具有广谱的杀菌性，24h对大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的致死率分别为95％～100％、95％～100％、90％～97％和90％～97％。
具体实施方式
实施例1
配制质量浓度为2％的乙酸水溶液，将相对分子质量为20万、脱乙酰化度为80％的壳聚糖溶于乙酸水溶液中，配成浓度为50g/L的溶液；取20mL上述壳聚糖的乙酸溶液，加入浓度为0.05mol/L的硝酸银水溶液1mL，搅拌30min后再加入浓度为0.1mol/L的NaBH4水溶液1mL，继续搅拌2h得到复合胶乳。取上述复合胶乳与相同浓度即50g/L的PEO乙酸溶液，按照复合胶乳与PEO乙酸溶液的体积比为2∶1相混和，配成浓度为5％(w/v)的静电纺丝溶液。向带有内径为0.8mm平口针头的50mL注射器中注入以上纺丝溶液，将注射器固定在微量注射泵上，在距离针头15cm处放置接地的金属转鼓接收装置。将针头与10kV高压直流电源相连，设定溶液流量为0.05mL/h进行静电纺丝。经96h后将接收转鼓上收集到的直径为60nm～150nm的超细纤维膜取下，于45℃～55℃和真空度为200Pa条件下真空干燥12h。将上述得到的电纺膜在30mL(浓度为25g/L)戊二醛溶液的蒸气中于37℃温度下，进行交联处理，即可得到高抗菌性的银/壳聚糖纳米复合纤维膜。用此条件制备的银/壳聚糖复合纳米纤维膜的厚度为15μm、孔隙率为80％、拉伸模量为90MPa、拉伸强度为3MPa、断裂伸长率为80％。
将制备的银/壳聚糖纳米纤维膜进行抗菌测试。首先配制液体培养基和固体培养基。液体培养基由胰蛋白胨10g、酵母粉5g、氯化钠5g、去离子水1000mL构成，并用1mol/L的NaOH调节pH值至7.0～7.2，以高压蒸气灭菌30min后备用。在1000mL上述液体培养基中加入琼脂20g，煮沸使其溶解，高压蒸汽灭菌30min，并置于恒温箱冷却后即得到固体培养基。向固体培养基中接入活化菌种，分别为大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌，培养成活后，将菌群接入液体培养基中形成菌液。取1.2g上述银/壳聚糖纳米纤维膜，研磨成碎片，放入5mL的去离子水中，形成抗菌膜悬浮液。取1mL菌液，其中分别含有大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌，各种菌群数目约为105，转移到测试用培养基(抗菌膜悬浮液)中，于37℃在摇床中摇荡24h，最后接入培养皿培养24h。用计数法观察菌群成活数目，并计算大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的致死率分别为97±0.5％、98±0.5％、96±0.5％和96±0.5％。
实施例2
配制质量浓度为2％的乙酸水溶液，将相对分子质量为30万、脱乙酰化度为98％的壳聚糖溶于乙酸水溶液中，配成浓度为45g/L的溶液；取20mL上述壳聚糖的乙酸溶液，加入浓度为0.15mol/L的硝酸银水溶液1mL，搅拌30min后再加入浓度为0.3mol/L的NaBH4水溶液1mL，继续搅拌2h得到复合胶乳。取上述复合胶乳与相同浓度即45g/L的PEO乙酸溶液，按照复合胶乳与PEO乙酸溶液的体积比为1∶1相混和，配成浓度为5％(w/v)的静电纺丝溶液。向带有内径为0.9mm平口针头的50mL注射器中注入以上纺丝溶液，将注射器固定在微量注射泵上，在距离针头15cm处放置接地的金属转鼓接收装置。将针头与13kV高压直流电源相连，设定溶液流量为0.1mL/h进行静电纺丝。经96h后将接收转鼓上收集到的直径为60nm～150nm的超细纤维膜取下，于45℃～55℃和真空度为200Pa条件下真空干燥12h。将上述得到的电纺膜在30mL(浓度为25g/L)戊二醛溶液的蒸气中于37℃温度下，进行交联处理，即可得到高抗菌性的银/壳聚糖纳米复合纤维膜。用此条件制备的银/壳聚糖复合纳米纤维膜的厚度为19μm，孔隙率为82％，拉伸模量为100MPa，拉伸强度为5MPa，断裂伸长率为78％。将制备的抗菌膜用于抗菌测试，测试方法同例1。大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的致死率分别为97±0.5％、97±0.5％、93±0.5％和93±0.5％。
实施例3
配制质量浓度为2％的乙酸水溶液，将相对分子质量为40万、脱乙酰化度为75％的壳聚糖溶于乙酸水溶液中，配成浓度为60g/L的溶液；取20mL上述壳聚糖的乙酸溶液，加入浓度为0.05mol/L的硝酸银水溶液1mL，搅拌30min后再加入浓度为0.1mol/L的NaBH4水溶液1mL，继续搅拌2h得到复合胶乳。取上述复合胶乳与相同浓度即60g/L的PEO乙酸溶液，按照复合胶乳与PEO乙酸溶液的体积比为3∶2相混和，配成浓度为6％(w/v)的静电纺丝溶液。向带有内径为0.9mm平口针头的50mL注射器中注入以上纺丝溶液，将注射器固定在微量注射泵上，在距离针头15cm处放置接地的金属转鼓接收装置。将针头与10kV高压直流电源相连，设定溶液流量为0.05mL/h进行静电纺丝。经96h后将接收转鼓上收集到的直径为80nm～200nm的超细纤维膜取下，于45℃～55℃和真空度为200Pa条件下真空干燥12h。将上述得到的电纺膜在30mL(浓度为25g/L)戊二醛溶液的蒸气中于37℃温度下，进行交联处理，即可得到高抗菌性的银/壳聚糖纳米复合纤维膜。用此条件制备的银/壳聚糖复合纳米纤维膜的厚度为17μm，孔隙率为80％，拉伸模量为90MPa，拉伸强度为5MPa，断裂伸长率为82％。将制备的抗菌膜用于抗菌测试，测试方法同例1。大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的致死率分别为98±0.5％、98±0.5％、95±0.5％和95±0.5％。
实施例4
配制质量浓度为2％的乙酸水溶液，将相对分子质量为20万、脱乙酰化度为95％的壳聚糖溶于乙酸水溶液中，配成浓度为60g/L的溶液；取20mL上述壳聚糖的乙酸溶液，加入浓度为0.1mol/L的硝酸银水溶液1mL，搅拌30min后再加入浓度为0.2mol/L的NaBH4水溶液1mL，继续搅拌2h得到复合胶乳。取上述复合胶乳与相同浓度即60g/L的PEO乙酸溶液，按照复合胶乳与PEO乙酸溶液的体积比为3∶2相混和，配成浓度为6％(w/v)的静电纺丝溶液。向带有内径为0.8mm平口针头的50mL注射器中注入以上纺丝溶液，将注射器固定在微量注射泵上，在距离针头18cm处放置接地的金属转鼓接收装置。将针头与13kV高压直流电源相连，设定溶液流量为0.1mL/h进行静电纺丝。经96h后将接收转鼓上收集到的直径为60nm～200nm的超细纤维膜取下，于45℃～55℃和真空度为200Pa条件下真空干燥12h。将上述得到的电纺膜在30mL(浓度为25g/L)戊二醛溶液的蒸气中于37℃温度下，进行交联处理，即可得到高抗菌性的银/壳聚糖纳米复合纤维膜。用此条件制备的银/壳聚糖复合纳米纤维膜的厚度为22μm，孔隙率为82％，拉伸模量为100MPa，拉伸强度为6MPa，断裂伸长率为80％。将制备的抗菌膜用于抗菌测试，测试方法同例1。大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的致死率分别为97±0.5％、98±0.5％、96±0.5％和95±0.5％。
实施例5
配制质量浓度为2％的乙酸水溶液，将相对分子质量为25万、脱乙酰化度为80％的壳聚糖溶于乙酸水溶液中，配成浓度为60g/L的溶液；取20mL上述壳聚糖的乙酸溶液，加入浓度为0.15mol/L的硝酸银水溶液1mL，搅拌30min后再加入浓度为0.3mol/L的NaBH4水溶液1mL，继续搅拌2h得到复合胶乳。取上述复合胶乳与相同浓度即60g/L的PEO乙酸溶液，按照复合胶乳与PEO乙酸溶液的体积比为2∶1相混和，配成浓度为6％(w/v)的静电纺丝溶液。向带有内径为0.7mm平口针头的50mL注射器中注入以上纺丝溶液，将注射器固定在微量注射泵上，在距离针头18cm处放置接地的金属转鼓接收装置。将针头与13kV高压直流电源相连，设定溶液流量为0.1mL/h进行静电纺丝。经96h后将接收转鼓上收集到的直径为60nm～150nm的超细纤维膜取下，于45℃～55℃和真空度为200Pa条件下真空干燥12h。将上述得到的电纺膜在30mL(浓度为25g/L)戊二醛溶液的蒸气中于37℃温度下，进行交联处理，即可得到高抗菌性的银/壳聚糖纳米复合纤维膜。用此条件制备的银/壳聚糖复合纳米纤维膜的厚度为20μm，孔隙率为83％，拉伸模量为120MPa，拉伸强度为6MPa，断裂伸长率为80％。将制备的抗菌膜用于抗菌测试，测试方法同例1。大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的致死率分别为98±0.5％、98±0.5％、96±0.5％和96±0.5％。
Claims (1)
1.一种抗菌性的银/壳聚糖纳米纤维膜的制备方法，所述的抗菌性的银/壳聚糖纳米纤维膜，是由直径为60nm～200nm的银/壳聚糖纳米纤维构成，膜的厚度为50μm～180μm，孔隙率为60％～85％，拉伸模量为20MPa～400MPa，拉伸强度为2MPa～7MPa，断裂伸长率为50％～120％，24h对大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的致死率分别为95％～100％、95％～100％、90％～97％和90％～97％，其制备过程，特征在于包括以下步骤：
1)将相对分子质量为20万～40万、脱乙酰化度为70～98％的壳聚糖溶于质量浓度为2％～5％的乙酸水溶液中，配制成质量浓度为40g～70g/L的壳聚糖乙酸溶液；
2)将硝酸银溶于水中，配制成浓度为0.05mol/L～0.2mol/L的硝酸银水溶液；
3)将硼氢化钠溶于水中，配制成浓度为0.1mol/L～0.4mol/L的硼氢化钠水溶液；
4)将氧化乙烯溶于质量浓度为2％～5％的乙酸水溶液中，配制成质量浓度为40g～70g/L的氧化乙烯乙酸溶液；
5)按照壳聚糖乙酸溶液与硝酸银水溶液及硼氢化钠水溶液的体积比为20∶1∶1，在壳聚糖乙酸溶液中加入硝酸银水溶液，搅拌30～40min后再加入硼氢化钠水溶液，继续搅拌1～2h形成复合胶乳；
6)将步骤5)制得的复合胶乳与步骤4)制得的氧化乙烯乙酸溶液按体积比为2∶1～1∶1进行混合，配制成纺丝溶液；
7)将步骤6)制得的纺丝溶液注入到静电纺丝装置中的注射器中，在电压为6kV～15kV、溶液流量为0.05mL/h～0.2mL/h、接收距离为5cm～20cm的条件下进行静电纺丝并形成纤维膜，纤维膜在30mL质量浓度为25g/L的戊二醛溶液蒸气中于30℃～40℃温度下，进行交联处理，得到抗菌性的银/壳聚糖纳米纤维膜。
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