CN103103696A

CN103103696A - 一种具有生物活性的抗菌纳米纤维复合膜的制备及其应用

Info

Publication number: CN103103696A
Application number: CN2012105607651A
Authority: CN
Inventors: 吴虹; 朱定和; 宗敏华; 娄文勇
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-05-15

Abstract

本发明属于纳米材料制备技术领域，公开了一种静电纺丝制备具有生物活性的抗菌聚乙烯醇/溶菌酶/EDTA纳米纤维复合膜的方法及其应用。制备包括以下步骤：将聚乙烯醇溶于蒸馏水中，磁力搅拌，得到聚乙烯醇溶液；所得聚乙烯醇溶液冷却至室温，加入溶菌酶和EDTA；磁力搅拌得到纺丝溶液；将纺丝溶液吸入注射器，控制纺丝溶液流速，纺丝，真空干燥，得到具有生物活性的抗菌纳米纤维复合膜。本发明抗菌纳米纤维复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有明显的抑菌作用。该纳米纤维膜具有良好的韧性和低毒特性，在食品包装材料和生物材料领域有较为广阔的应用前景。

Description

一种具有生物活性的抗菌纳米纤维复合膜的制备及其应用

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种静电纺丝制备具有生物活性的抗菌聚乙烯醇/溶菌酶/EDTA（PVA/Lysozyme/EDTA）纳米纤维复合膜的方法及其应用。

背景技术

溶菌酶（Lysozyme），又称胞壁质酶，其主要抑菌机制是作用于肽聚糖分子的N-乙酰胞壁酸（NAM）与乙酰葡萄糖胺（NAG）之间的β-1,4糖苷键，使细菌细胞壁松弛，失去对细胞的保护作用，最后导致细胞溶解死亡。由于革兰氏阳性菌的肽聚糖层位于细胞壁外层，因此溶菌酶对大多数革兰氏阳性菌都有较好的抑菌效果；而革兰氏阴性菌的肽聚糖层位于细胞膜的中间层，其外部还有细胞外膜物质――脂多糖的阻挡，使得溶菌酶难以作用于中间的肽聚糖层，因此溶菌酶对大多数革兰氏阴性菌的抑菌效果并不理想。但美国学者Branen等人研究发现，添加EDTA可以提高溶菌酶对革兰氏阴性菌的抑菌活性。

静电纺丝是在高分子溶液或熔体上加载高压静电，以获得纳米或亚微米纤维的一种技术。该技术只需通过一个步骤就可以得到纳米或亚微米纤维，是目前制备纳米纤维最简单的方法之一。该技术除具有所纺纤维直径小的优点外，还具有制得纤维取向各向异性和比表面积大、孔隙率高、精细程度一致和均一性高、长径比大等特点，使其在化学、物理（热、光、电磁等）学等领域具有特殊性质，因而在食品、医药及国防等方面具有巨大的应用潜力。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种具有生物活性的抗菌纳米纤维复合膜的制备方法；该方法是利用静电纺丝技术，将聚乙烯醇（PVA）、溶菌酶（Lysozyme）和EDTA共纺得到。

本发明的另一目的在于提供一种上述方法制备得到的具有生物活性的抗菌纳米纤维复合膜（PVA/Lysozyme/EDTA）；该纳米纤维复合膜具有广谱抗菌性。

本发明的再一目的在于提供上述纳米纤维复合膜在食品包装材料和生物材料领域中的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种具有生物活性的抗菌纳米纤维复合膜的制备方法，包括以下操作步骤：

（1）将聚乙烯醇溶于蒸馏水中，控制聚乙烯醇质量浓度为6～10%，在60～80℃的温度下磁力搅拌1～4h，得到聚乙烯醇溶液；

（2）将步骤（1）所得聚乙烯醇溶液冷却至室温，加入溶菌酶和EDTA；在20～25℃下磁力搅拌0.5～1h，得到纺丝溶液；所述溶菌酶的加入量为聚乙烯醇溶液质量的2～5%，所述EDTA在纺丝溶液中的浓度为3～6mmol/L；

（3）将步骤（2）所得纺丝溶液吸入注射器，装上直径0.6～0.8mm针头，调整针头到接收器的距离为5～20cm，调节电压在15～30kV，纺丝溶液流速控制在0.15～0.30mL/h，纺丝4h，然后在45～50℃下真空干燥2～4h，得到具有生物活性的抗菌纳米纤维复合膜。

步骤（2）所述溶菌酶为蛋清溶菌酶。

步骤（3）所述注射器为20mL。

一种由上述制备方法制备得到的具有生物活性的抗菌纳米纤维复合膜。

上述的具有生物活性的抗菌纳米纤维复合膜在制备食品包装材料或生物材料中的应用。

本发明和现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

（1）本发明采用聚合物与溶菌酶及EDTA共纺技术制备纳米纤维膜，为静电纺丝技术的一项新的应用；

（2）本发明采用的聚合物具有高水溶性，低毒和生物相容性好等优点，所加溶菌酶是天然提取物，该复合膜最终能够降解，对环境污染小；

（3）本发明的工艺简单，条件温和，操作简便；同时，通过添加EDTA，使所得纳米纤维膜不仅对革兰氏阳性菌有抑菌作用，对革兰氏阴性菌亦有抑菌作用，具有广谱抗菌性；

（4）本发明制备的纳米纤维复合膜具有较好的韧性和低毒特性，同时具有广谱抗菌性，在食品包装材料和生物材料领域有较为广阔的应用前景。

附图说明

图1为6%PVA+2%Lysozyme+4mmol/L EDTA纳米纤维复合膜扫描电镜图。

图2为8%PVA+5%Lysozyme+4mmol/L EDTA纳米纤维复合膜扫描电镜图。

图3为8%PVA、8%PVA+5%Lysozyme+4mmol/L EDTA纳米纤维复合膜的红外光谱图。

图4为6%PVA、6%PVA+2%Lysozyme+4mmol/L EDTA纳米复合膜的差示量热扫描法检测图。

图5为6%PVA+2%Lysozyme+4mmol/L EDTA纳米复合膜的抑菌效果图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

（1）称取6g聚乙烯醇溶于100mL蒸馏水中，在80℃的温度下磁力搅拌4h，得到聚乙烯醇溶液；

（2）待步骤（1）所得聚乙烯醇溶液冷却至室温后，按聚乙烯醇溶液质量2%的比例加入蛋清溶菌酶（购于美国Amresco公司），同时加入EDTA；在室温下磁力搅拌1h，得到纺丝溶液；所述EDTA在纺丝溶液中的浓度为4mmol/L；

（3）将步骤（2）所得纺丝溶液吸入20mL注射器，装上直径0.6mm针头，调整针头到接收器的距离为18cm，调节电压在15kV，纺丝溶液流速控制在0.19mL/h，纺丝4h，然后在45℃下真空干燥2h，即得到6%PVA+2%Lysozyme+4mmol/L EDTA纳米纤维复合膜。

实施例2：

（1）称取8g聚乙烯醇溶于100mL蒸馏水中，在80℃的温度下磁力搅拌4h，得到聚乙烯醇溶液；

（2）待步骤（1）所得聚乙烯醇溶液冷却至室温后，按聚乙烯醇溶液质量5%的比例加入蛋清溶菌酶（购于美国Amresco公司），同时加入EDTA；在室温下磁力搅拌1h，得到纺丝溶液；所述EDTA在纺丝溶液中的浓度为4mmol/L；

（3）将步骤（2）所得的纺丝溶液吸入20mL注射器，装上直径0.6mm针头，调整针头到接收器的距离为12cm，调节电压在15kV，纺丝溶液流速控制在0.17mL/h，纺丝4h，然后在45℃下真空干燥2h，即得到8%PVA+5%Lysozyme+4mmol/L EDTA纳米纤维复合膜。

实施例3：

（2）待步骤（1）所得聚乙烯醇溶液冷却至室温后，按聚乙烯醇溶液质量2%的比例加入蛋清溶菌酶（购于美国Amresco公司），同时加入EDTA；在室温下磁力搅拌1h，得到纺丝溶液；所述EDTA在纺丝溶液中的浓度为6mmol/L；

（3）将步骤（2）所得的纺丝溶液吸入20mL注射器，装上直径0.8mm针头，调整针头到接收器的距离为18cm，调节电压在15kV，纺丝溶液流速控制在0.18mL/h，纺丝4h，然后在50℃下真空干燥2h，即得到8%PVA/2%Lysozyme/6mmol EDTA纳米纤维复合膜。

实施例4：

将实施例1和实施例2所得纳米纤维复合膜，采用扫描电镜SEM进行表征，结果分别见图1和图2，经测量，纳米纤维的直径在100-500nm。

实施例5：

其他步骤同实施例2，不同之处在于步骤（2）不加蛋清溶菌酶及EDTA，只用PVA进行静电纺丝得到PVA纳米纤维膜。将所得PVA纳米纤维膜和实施例2所得纳米纤维复合膜进行红外光谱检测，得到二者的红外光谱图（图3）。从图中可以看出，溶菌酶及EDTA确实存在于PVA的纳米纤维膜中。

实施例6：

其他步骤同实施例1，不同之处在于步骤（2）不加蛋清溶菌酶及EDTA，只用PVA进行静电纺丝得到PVA纳米纤维膜。将所得PVA纳米纤维膜和实施例2所得纳米纤维复合膜进行差示量热扫描法（DSC）检测，得到二者的DSC检测图（图4）。从图中可以看出，溶菌酶与PVA具有很好的相容性。

实施例7：

（1）斜面培养：取常规适用于E.coli和S.aureus的斜面培养基，接种，37℃培养10～15h，作为斜面；

（2）平板培养：取常规适用于E.coli和S.aureus的平板培养基，从斜面接种到平板培养基中，并将实施例2得到的纳米纤维复合膜剪成直径6mm大小，贴于平板表面，37℃培养10～15h，观察抑菌圈的大小，见图5。从图中可以看出，实施例2得到的纳米纤维复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有明显的抑菌作用。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种具有生物活性的抗菌纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述溶菌酶为蛋清溶菌酶。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述注射器为20mL。

4.一种根据权利要求1～3任一项所述的制备方法制备得到的具有生物活性的抗菌纳米纤维复合膜。

5.根据权利要求4所述的具有生物活性的抗菌纳米纤维复合膜在制备食品包装材料或生物材料中的应用。