CN102428927B - 一种抗生素负载双功能活性纳米纤维膜防治环境微生物污染的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到一种抗生素负载双功能活性纳米纤维膜防治环境微生物污染的方法。该方法包括静电纺丝纤维膜的制备及利用其抑制微生物的孽生等过程；利用不同乳化剂制备的固定化抗生素活性电纺纤维膜对不同规格的空调进行抑制微生物孽生，结果表明，该方法结合了电纺技术和抗生素联用技术，具有高效的抑菌效果，解决了其不能循环使用、易流失等缺点。借助原位高压静电纺丝技术，可将电纺丝活性纤维膜负载于室内电器表面及内部，实现对容易孽生致病微生物的关键位置的功能性保护，可提供长效、持久、稳定的抑菌灭菌能力。
Description
技术领域
本发明属于环境微生物控制技术领域，具体涉及一种固定化多种抗生素用于室内微生物污染防治的方法。
背景技术
细菌和真菌等空气微生物的污染程度是评定室内空气质量的重要参数之一。室内空气微生物污染可引起人们出现眼刺激感、哮喘、过敏性皮炎、过敏性肺炎和传染性疾病。室内建筑材料和家用电器是室内空气的主要污染源，它不仅能释放出对人体有害的化学物质，同时也为微生物的孳生提供了有利的条件；开发实用化的室内大气抗菌技术，用于抑制建筑材料、家用电器、家庭用品等微生物的生长，以减少室内空气微生物的潜在污染源，改善和提高室内空气质量，具有广阔的前景。空气中的微生物污染源绝大部分是真菌和细菌，控制它们的滋生将大大降低室内空气微生物的污染程度。
卡那霉素是一种由卡那链霉菌(Streptomyces kanamyceticus)产生的广谱氨基糖苷类抗生素，含三个组分：卡那霉素A、B和C，卡那霉素A为主要组分，通过与30S核糖体亚单位结合而使细菌蛋白质合成发生错读。空气中常见的大肠杆菌、克雷白杆菌、肠杆菌属、变形杆菌、结核杆菌和金黄色葡萄球菌等微生物均对本品敏感。伊曲康唑(itraconazole，ICZ)是一种亲脂性三氮唑类广谱抗真菌药，其作用机制是高选择性地抑制真菌细胞的细胞色素酶，依赖酶的活性，导致真菌细胞膜损伤，从而使真菌细胞死亡。亦可抑制真菌细胞膜的主要成份之一麦角甾醇的合成，从而发挥抗真菌效应。对包括酵母菌、霉菌等在内的大部分真菌有很好的抑制效果。两种抗生素联用应能高效、快捷地抑制绝大部分微生物的滋长，且降低了使用一种抗生素易使微生物产生耐药性的风险，也可降低抗生素使用剂量。二者作用机制不同，联合使用不会出现拮抗作用。虽此两种抗生素能高效抑制微生物，但因其易流失，不易安置，限制了其在室内微生物控制方面的应用。
静电纺丝技术是一种应用高压电使带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中流动或变形，然后由于溶剂蒸发或熔体冷却而固化，最终产生直径数十纳米到几十毫米的均匀纤维的过程。乳液电纺是静电纺丝技术的一个新的分支，因其能够通过直接电纺油-水或者水-油乳液制备壳-核结构药物纳米纤维而受到人们的关注。此外，乳液静电纺丝技术设备简单，反应条件温和，易于操作，且成本低廉，是一种经济高效的制备载药物纳米纤维的方法。聚乳酸(PLA)是近年来世界上研究最活跃的生物可降解高分子材料之一，在自然界中可逐渐完全降解为二氧化碳和水，将其作为固定化抗生素载体，具有良好的生物相容性，并不会对环境造成二次污染。利用乳液电纺技术，可以将聚乳酸溶液或熔融体喷射形成直径在几十纳米至几微米之间的纤维膜。设备简单，易于操作，形成的纤维膜孔隙率高，比表面积大，纤维长径比高，均一性好，在功能材料领域具有广阔的应用前景。将其作为固定化抗生素的载体，有利于抗生素与微生物充分接触，能有效提高抗生素的作用效率，且容易从反应体系中分离回收。抗生素作为一种化学制剂，固定化后不会影响其抑菌效力，且解决了其不能循环使用、易流失等缺点。借助原位高压静电纺丝技术，可将电纺丝活性纤维膜负载于室内电器表面及内部，实现对容易孽生致病微生物的关键位置，如空调散热器、过滤网、冰箱冷藏室内壁、油烟机外表面等位置的功能性保护，可提供长效、持久、稳定的抑菌灭菌能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的纳米纤维膜固定抗生素控制微生物污染的方法，即利用乳液电纺技术将卡那霉素和伊曲康唑直接固定于聚乳酸纤维中，该固定化纤维利用卡那霉素的广谱抗菌效果以及伊曲康唑的高效抗真菌效果，抑制绝大多数微生物的滋长。此方法的优点在于安全、便捷、高效的达到抑菌灭菌的效果。
本发明是通过采用以下的技术方案来实现上述发明目的：
本发明所提供的静电纺丝纤维膜固定化卡那霉素和伊曲康唑控制微生物方法是以高分子量的聚乳酸为原料，通过乳液电纺技术制备得到静电纺丝纤维膜固定化卡那霉素和伊曲康唑，然后将此用于室内微生物防治。该静电纺丝纤维膜固定化卡那霉素和伊曲康唑控制微生物方法，主要包括下列两个步骤：静电纺丝纤维膜的制备及利用其抑制微生物的孽生。
静电纺丝纤维膜的制备步骤包括：
将分子量为10万的聚乳酸颗粒1.3g和作为乳化剂的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物0.2g溶于10g二氯甲烷中，均匀混合后搅拌至澄清，分别取0.4g卡那霉素和0.2g伊曲康唑溶于0.4mL的去离子水中，剧烈搅拌形成乳浊液，并与2mL含25％戊二醛交联剂的水溶液混合，所得前驱体溶液在不断搅拌下待用；
将前驱体溶液引入电纺丝装置待纺，电纺丝装置由高压直流电源(DW-P503-1ACF7，东文，天津)、蠕动泵(BF300，齐力，保定)、塑料注射器、9#不锈钢针头以及Φ3mm聚四氟乙烯管线组成，将电源负极以导线连接于空调(格力，KFR-23G)过滤网，正极与不锈钢针头蠕动泵、管线、注射器系统以导线连接，以平行扫描法将电纺丝前驱体溶液均匀喷涂与空调过滤网表面，涂覆面积为25cm×25cm；
利用固定化卡那霉素和伊曲康唑静电纺丝纤维膜抑制微生物的孽生：
在正常运行状态下，对其过滤网采用五点取样法进行2cm×2cm取样，用无菌棉拭子在每个采样点往返涂抹五次采样，每24h采集过滤网与纤维膜表面灰尘样本，将棉拭子放入2mL无菌水中，充分振荡制备菌悬液，分成1mL两等份，分别将两份接种于下述两种培养基以检测抑菌效率，细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基，37℃下培养15天，真菌采用马丁氏培养基，28℃下培养15天。
本发明方法中，其中载体的合成步骤中所述的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物为P123、F127、F108中之一种：P123的分子式为PEO20-PPO70-PEO20，分子量为5750g/mol；F127的分子式为PEO100-PPO65-PEO100，分子量为12600g/mol；F108的分子式为PEO133-PPO50-PEO133，分子量为14600g/mol。
本发明方法中聚乳酸二氯甲烷溶液的质量浓度为10～12％；聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物用量为聚乳酸重量的5％～10％。
本发明方法中，卡那霉素为硫酸卡那霉素，分子式C18H36N4O11H2SO4，分子量为582.58g/mol，在富集细菌的牛肉膏蛋白胨和富集真菌的马丁氏培养基中的终浓度为0.1mg/mL，伊曲康唑分子式C35H38Cl2N8O4，分子量为582.58g/mol，在上述两种培养基中的终浓度为0.05mg/mL。
本实验中涉及到三种培养基，一种为富集细菌的牛肉膏蛋白胨培养基，一种为分离富集真菌的马丁氏培养基。
本发明的方法中，微生物测定采用比浊法测定，用空白培养基做阴性对照，在450nm下测吸光值。
本发明的方法中，检测仪器为上海尤尼柯仪器有限公司提供的UV-2100分光光度计。
本发明的优点在于：本发明利用静电纺丝技术将卡那霉素和伊曲康唑直接固定于电纺纤维膜中，从而解决了卡那霉素和伊曲康唑易流失、不能循环使用等问题，降低了使用单一抗生素易使微生物产生抗性的风险。将此固定化卡那霉素和伊曲康唑电纺丝应用于家电和设备的微生物污染控制方面具有高效、便捷、无二次污染的优点。
具体实施方式
以下具体实施实例对本发明做更详细的描述，但所述实施不构成对本发明的限制。
实施例1
将分子量为10万的聚乳酸颗粒1.3g和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物0.2g溶于10g二氯甲烷中，均匀混合后搅拌至澄清，分别取0.4g卡那霉素和0.2g伊曲康唑溶于0.4mL的去离子水中。剧烈搅拌形成乳浊液，并与2mL含25％戊二醛交联剂的水溶液混合，所得前驱体溶液在不断搅拌下待用。
将前驱体溶液引入电纺丝装置待纺，电纺丝装置由高压直流电源(DW-P503-1ACF7，东文，天津)、蠕动泵(BF300，齐力，保定)、塑料注射器、9#不锈钢针头以及Φ3mm聚四氟乙烯管线组成。将电源负极以导线连接于空调(格力，KFR-23G)过滤网，正极与不锈钢针头蠕动泵、管线、注射器系统以导线连接，控制纺丝电压10kV，与纺丝对象间距15cm，以平行扫描法将电纺丝前驱体溶液均匀喷涂与空调过滤网表面，涂覆面积为25cm×25cm。
在正常运行状态下，对其过滤网采用五点取样法进行2cm×2cm取样，用无菌棉拭子在每个采样点往返涂抹五次采样，每24h采集过滤网与纤维膜表面灰尘样本0.1g，将棉拭子放入2mL无菌水中，充分振荡制备菌悬液。分成1mL两等份，接种于培养基以检测抑菌效率，细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基，37℃下培养15天，真菌采用马丁氏培养基，28℃下培养15天。
实施例2
采用等量F108为乳化剂制备固定化抗生素活性电纺纤维膜，对海尔KFRd-23空调进行抑菌处理，其余条件同实施例1，培养15天后检测不到微生物的存在。
实施例3
采用等量F127为乳化剂制备固定化抗生素活性电纺纤维膜，对海尔KF-26GW空调进行抑菌处理，其余条件同实施例1，培养15天后检测不到微生物的存在。
实施例4
采用等量P123为乳化剂制备固定化抗生素活性电纺纤维膜，对海尔BCD-126ST空调进行抑菌处理，其余条件同实施例1，培养15天后检测不到微生物的存在。
实施例5
采用等量F108为乳化剂制备固定化抗生素活性电纺纤维膜，对西门子KK21V1160W冰箱进行抑菌处理，其余条件同实施例1，培养15天后检测不到微生物的存在。
Claims (3)
1.一种使用抗生素负载双功能活性纳米纤维膜防治室内电器微生物污染的方法，其特征在于：
采用以乳浊液为电纺丝前驱体原位电纺直接安置的方法固定化负载抗生素电纺丝纤维膜：首先将P123、F127、F108中之一种和分子量为10万的聚乳酸颗粒溶于二氯甲烷中，聚乳酸在二氯甲烷中的质量浓度为13％，P123、F127、F108中之一种的浓度为2％，均匀混合后搅拌至澄清，分别取0.4g卡那霉素和0.2g伊曲康唑溶于0.4mL的去离子水中，剧烈搅拌形成乳浊液，并与2mL含25％戊二醛交联剂的水溶液混合，所得前驱体溶液在不断搅拌下待用；将前驱体溶液引入电纺丝装置待纺，电纺丝装置由高压直流电源、蠕动泵、塑料注射器、不锈钢针头以及Φ3mm聚四氟乙烯管线组成，将电源负极以导线连接于空调过滤网，正极与不锈钢针头蠕动泵、管线、注射器系统以导线连接，控制纺丝电压和极靶间距，以平行扫描法将电纺丝前驱体溶液均匀喷涂于室内电器的待防护对象表面及内部，涂覆面积为25cm×25cm。
2.根据权利要求1所述的使用抗生素负载双功能活性纳米纤维膜防治室内电器微生物污染的方法，其特征在于：所述的P123的分子式为PEO20-PPO70-PEO20，分子量为5750g/mol；F127的分子式为PEO100-PPO65-PEO100，分子量为12600g/mol；F108的分子式为PEO133-PPO50-PEO133，分子量为14600g/mol。
3.根据权利要求1所述的使用抗生素负载双功能活性纳米纤维膜防治室内电器微生物污染的方法，其特征在于：所述的平行扫描法中控制纺丝电压为10kV，电极与防护对象间的间距为15cm。
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