CN103816561A - 一种丝素基双层抗菌膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种丝素基双层抗菌膜及其制备方法。其方法是分别在丝素溶液中加入纳米银、含珍珠粉和甘油，在一定温、湿度条件下干燥成膜；在干燥成膜过程中甘油诱导丝素蛋白由无规卷曲向silkI结构转变，通过丝素蛋白的自组装将两层膜连在一起。使用时，将含纳米银的膜为外层膜，既可阻挡外来细菌对创面的侵袭，又能避免与皮肤直接接触对机体造成潜在危害；含珍珠粉的膜为内层，可避免珍珠粉散落敷设不匀，能在整个创面上起到抑制细菌生长的作用。本发明提供的丝素基双层抗菌膜难溶于水，且克服了纳米银的潜在生物安全性和珍珠粉有限的抑菌作用，同时膜中的丝素蛋白、珍珠粉中的珍珠蛋白及锶、锰和锌等微量元素将会有利于创面的愈合。
Description
技术领域
本发明涉及一种医用生物材料及其制备方法，特别涉及一种以丝素蛋白为基体、珍珠粉和纳米银为抗菌剂，以甘油为增塑剂的双层抗菌膜及其制备方法。
背景技术
丝素蛋白是从蚕丝中提取的优良的天然高分子纤维蛋白，无毒性、无致敏和无刺激性，具有优良的生物相容性和可降解性。丝素蛋白具有类似胶原蛋白的性质，能促进细胞生长，因此，丝素蛋白可用作细胞培养基质、创面覆盖材料和人工皮肤等（参见文献：1、B. B. Mandal, S. C. Kundu. Biospinning by silkworms: Silk fiber matrices for tissue engineering applications. Acta Biomaterialia 6 (2010) 360–371；2、S. Kanokpanon, S.Damrongsakkul, J. Ratanavaraporn, P. Aramwit. An innovative bi-layered wound dressing made of silk and gelatin for accelerated wound healing. International Journal of Pharmaceutics, 2012 (436):141-153.；3、F.G. Omenetto, D. L. Kaplan. New opportunities for an ancient material. Science, 2010, 329:528-531.）。丝素蛋白虽然生物相容性好，但无抗菌作用。在自然界中有害细菌无处不在，无处不有，当皮肤粘膜有破损或发生化脓性炎症时，细菌则容易侵入体内，被感染的伤口会导致伤口愈合延迟或伤口恶化。
在本发明作出之前，文献“药物丝素膜的性能及在烧伤感染创面上的应用”（[J]纺织学报，2001，22（3）：172-174.)公开了一种将抗菌药物加载到丝素膜中的技术方案，这种方法虽然在一定程度上缓解了由生物材料引发的细菌感染，但是药物很快会耗尽，而且，这种匀速释放药物的方法会使细菌产生抗药性。
文献“Cecropin B抗菌肽接枝丝素蛋白膜的制备和表征” ([J]高等学校化学学报，2007, 28(8): 1593～1597.)中，公开了一种将抗菌肽接枝到丝素膜表面制成一种抗菌丝素膜的方法。抗菌肽虽然抗菌性能较好，但它是从动物体内提取的，产量低、费时长、工艺复杂、费用昂贵；一般多肽和蛋白的抗菌性能具有特异性，将抗菌多肽和蛋白固定在材料表面之后，就有可能失去它们的生物活性，而影响使用效果。
纳米银具有强大抑菌、杀菌作用及其广谱的抗菌活性，具有传统无机抗菌剂无法比拟的抗菌效果，无耐药性。纳米银在生物医学领域的应用日渐广泛。在烧伤外科、妇科、皮肤科、口腔科等临床医疗中出现了越来越多的含纳米银药物或材料，并取得了良好的医疗效果（参见文献：D. X. Xing, N. N. Chen, H. M. Qiu, Z. G. Yu, L. X. Jing, Y. J. Chen, C. L. Zheng. The toxicological safety of nanosilver. The Journal of Practical Medicine, 2010, 26 (11):1906-1908. (XIANG Dong-xi， CHEN Na-na， QIU Hong-mei， YU Zeng-guo， JING Li-xin，CHEN Ying-jie， ZHENG Cong-long．The toxicological safety of nanosilver. The Journal of Practical Medicine(实用医学杂志), 2010, 26 (11):1906-1908.)）。Madhumathi （K. Madhumathi, P. T. Sudheesh Kumar, S. Abhilash, V. Sreeja, H. Tamura, K. Manzoor, S. V. Nair, R. Jayakumar.Development of novel chitin/nanosilver composite scaffolds for dressing applications. Journal of Materials Science: Materials in Medicine(J Mater Sci Mater Med.),2010,21(2):807-813.）和Ong等（S. Y. Ong, J.Wu, S. M. Moochhala, M.H. Tan, J. Lu. Development of a chitosan-based wound dressing with improved hemostatic and antimicrobial properties. Biomaterials 29 (2008) 4323–4332.）。但纳米银可以从皮肤破损处进入机体，不仅对局部组织有潜在危害，还可随循环系统进入周身各处，对机体健康产生威胁。
珍珠粉中90%以上为碳酸钙，其他为珍珠蛋白、微量元素等。珍珠粉是中医外伤科的常用药物,具有解毒祛腐、敛疮生肌作用。珍珠粉在化妆品、保健品方面应用较多，市场上有此类产品销售。珍珠粉外敷能促进细胞增生分化，加速创面的血液循环，增强机体局部的抗感染能力，能促进肉芽组织的生长和创面的愈合（参见文献：纳米创伤贴联合珍珠粉治疗Ⅱ度褥疮疗效观察. 现代中西医结合杂志, 2007,16(25):3637-3638.）。但由于这种纳米创伤贴是一种水溶性膜，如果创面有积液，就会溶解，纳米银有可能通过创面进入机体，给机体造成危害，因此这种纳米创伤贴存在安全隐患，另外，珍珠粉直接外敷难以均匀地敷在创面上，使用量不易控制，且容易散落。
发明内容
本发明所要解决的问题是针对现有技术中医用生物材料抗菌膜存在的不足，提供一种制备简单，具有良好抗菌性能的丝素基双层抗菌膜及其制备方法。
实现本发明目的技术方案是提供一种丝素基双层抗菌膜，抗菌膜的外层为含纳米银的丝素基膜，内层为含珍珠粉的丝素基膜；外层中纳米银对丝素的质量百分比为0.3%～0.8%，内层中珍珠粉对丝素的质量百分比为8%～20%；双层膜的厚度为0.02～0.06mm。
本发明技术方案还包括如上所述的丝素基双层抗菌膜的两种制备方法，其一是先制备含纳米银的丝素基膜，再在其上利用丝素的自组装将含珍珠粉的丝素基膜连接在一起，具体步骤如下：
1、在质量浓度为2.5%～6%的丝素溶液中加入纳米银,纳米银对丝素的质量百分比为0.3%～0.8%；在超声波条件下分散处理15～30min后，再加入甘油，甘油对丝素的质量百分比为10%～20%；在超声波处理的同时搅拌5～10min后，倒入模具中，在温度为15～25℃，相对湿度为30%～55%的条件下干燥得到含纳米银的丝素基膜；
2、在质量浓度为2.5%～6%的丝素溶液中加入珍珠粉，珍珠粉对丝素的质量百分比为8%～20%，在超声波条件下分散处理15～30min，加入甘油，甘油对丝素的质量百分比为15%～30%；再在超声波处理的同时搅拌5～10min后，倒入模具中的含纳米银的丝素基膜上，在温度为15～25℃，相对湿度为30%～55%的条件下干燥得到一种含纳米银的丝素基膜与含珍珠粉的丝素基膜连接在一起的丝素基双层抗菌膜成膜。
另一种方法是先制备含珍珠粉的丝素基膜，再在其上利用丝素的自组装将含纳米银的丝素基膜连接在一起，具体步骤如下：
1、在质量浓度为2.5%～6%的丝素溶液中加入珍珠粉，珍珠粉对丝素的质量百分比为8%～20%，在超声波条件下分散处理15～30min，加入甘油，甘油对丝素的质量百分比为15%～30%；再在超声波处理的同时搅拌5～10min后，倒入模具中，在温度为15～25℃，相对湿度为30%～55%的条件下干燥得到含珍珠粉的丝素基膜；
2、在质量浓度为2.5%～6%的丝素溶液中加入纳米银,纳米银对丝素的质量百分比为0.3%～0.8%；在超声波条件下分散处理15～30min后，再加入甘油，甘油对丝素的质量百分比为10%～20%；在超声波处理的同时搅拌5～10min后，倒入模具中的含珍珠粉的丝素基膜上，在温度为15～25℃，相对湿度为30%～55%的条件下干燥得到一种含珍珠粉的丝素基膜与含纳米银的丝素基膜连接在一起的丝素基双层抗菌膜成膜。
与现有技术相比，本发明利用丝素蛋白特性和自组装原理，制备丝素基双层抗菌膜具有以下优点：以无规卷曲结构为主的丝素蛋白水溶液在干燥过程中由甘油诱导转变成silk I结构为主的膜，不溶于水，在含一种抗菌剂的丝素基膜制成后，再组装含另一种抗菌剂的丝素基膜，含不同抗菌剂的两层丝素基膜通过丝素大分子的极性基团之间、丝素大分子与甘油之间形成氢键等次价键使两层膜连在一起。外层（面向外界）含纳米银，内层（面向创伤组织）含珍珠粉，外层膜的纳米银既可阻挡外来细菌对创面的侵袭，又能避免与皮肤直接接触对机体造成潜在危害；内层的珍珠粉被丝素蛋白均匀包裹，可避免珍珠粉散落敷设不匀，能在整个创面上起到抑制细菌生长的作用，膜中丝素蛋白和珍珠粉还有利于创口愈合。这种丝素基双层抗菌膜难溶于水，克服了纳米银的潜在生物安全性和珍珠粉有限的抑菌作用，且使用方便，同时膜中的丝素蛋白、珍珠粉中的珍珠蛋白及锶、锰和锌等微量元素将会有利于创面的愈合。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案作进一步描述。
实施例1
1、丝素蛋白溶液的制备
将废蚕丝脱去丝胶后，溶解在氯化钙、乙醇和去离子水的三元溶液中，经过透析过滤获得质量浓度为2.5%～6%的丝素溶液。
2、含纳米银膜的制备，将0.9096 mg纳米银加入到装有5mL(0.1516g)丝素溶液的烧杯中，用超声波分散15min，再加入0.0303g甘油，在超声波处理的同时搅拌5min后，倒入模具中，在温度20℃、相对湿度45%的环境中干燥成膜。
3、含珍珠粉膜的制备，将0.0152g珍珠粉加入到装有5mL(0.1516g)丝素溶液的烧杯中，用超声波分散20min，再加入0.0303g甘油，在超声波处理的同时搅拌6min后，倒入装有已经干燥的含纳米银膜的模具中，利用丝素的自组装原理在温度20℃、相对湿度45%的环境中干燥成膜的同时将两层膜连接在一起。
按GB/T 20944.3-2008纺织品抗菌性能的评价标准对制得的丝素基双层抗菌膜分别对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌进行抑菌试验，抑菌率结果参见表1。
实施例2
按实施例1制备丝素蛋白溶液。
含纳米银膜的制备，将0.932 mg纳米银加入到装有5 mL(0.1553 g)丝素溶液的烧杯中，用超声波分散20 min，再加入0.0311g甘油，在超声波处理的同时搅拌5 min后，倒入模具中，在温度22℃、相对湿度50%的环境中干燥成膜。
含珍珠粉膜的制备，将0.0233g的珍珠粉加入到装有5mL(0.1553g)丝素溶液的烧杯中，用超声波分散25min，再加入0.0311g甘油，在超声波处理的同时搅拌8 min后，倒入装有已经干燥的含纳米银膜的模具中，利用丝素的自组装原理在温度22℃、相对湿度50%的环境中干燥成膜的同时将上下两层膜连接在一起。
按实施例1的方法测定膜的抑菌率，结果参见表1。
实施例3
按实施例1制备丝素蛋白溶液。
含纳米银层膜的制备，将1.2mg的纳米银加入到装有5mL(0.150g)丝素溶液的烧杯中，用超声波分散18min，再加入0.0225g甘油，在超声波处理的同时搅拌10 min后，倒入装有已经干燥的含珍珠粉膜模具中，在温度18℃、相对湿度35%的环境中干燥成膜。
含珍珠粉层膜的制备，将0.03g珍珠粉加入到装有5mL(0.150g)丝素溶液的烧杯中，用超声波分散30 min，再加入0.03g甘油，在超声波处理的同时搅拌5min后，倒入模具中，利用丝素的自组装原理在温度18℃、相对湿度35%的环境中干燥成膜的同时将两层膜连接在一起。
按实施例1的方法测定膜的抑菌率，结果参见表1。
实施例4
按实施例1制备丝素蛋白溶液。
含纳米银膜的制备，将0.96mg的纳米银加入到装有5mL(0.160g)丝素溶液的烧杯中，用超声波分散15min，再加入0.024g甘油，在超声波处理的同时搅拌5min后，倒入模具中，在温度20℃、相对湿度40%的环境中干燥成膜。
含珍珠粉膜的制备，将0.032g的珍珠粉加入到装有5mL(0.160g)丝素溶液的烧杯中，用超声波分散20min，再加入0.048g甘油，在超声波处理的同时搅拌8 min后，倒入装有已经干燥的含纳米银膜的模具中，利用丝素的自组装原理在在温度20℃、相对湿度45%的环境中干燥成膜的同时将两层膜连接在一起。
按实施例1的方法测定膜的抑菌率，结果参见表1。
表1
Claims (3)
1.一种丝素基双层抗菌膜，其特征在于：抗菌膜的外层为含纳米银的丝素基膜，内层为含珍珠粉的丝素基膜；外层中纳米银对丝素的质量百分比为0.3%～0.8%，内层中珍珠粉对丝素的质量百分比为8%～20%；双层膜的厚度为0.02～0.06mm。
2.如权利要求1所述的一种丝素基双层抗菌膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）在质量浓度为2.5%～6%的丝素溶液中加入纳米银,纳米银对丝素的质量百分比为0.3%～0.8%；在超声波条件下分散处理15～30min后，再加入甘油，甘油对丝素的质量百分比为10%～20%；在超声波处理的同时搅拌5～10min后，倒入模具中，在温度为15～25℃，相对湿度为30%～55%的条件下干燥得到含纳米银的丝素基膜；
（2）在质量浓度为2.5%～6%的丝素溶液中加入珍珠粉，珍珠粉对丝素的质量百分比为8%～20%，在超声波条件下分散处理15～30min，加入甘油，甘油对丝素的质量百分比为15%～30%；再在超声波处理的同时搅拌5～10min后，倒入模具中的含纳米银的丝素基膜上，在温度为15～25℃，相对湿度为30%～55%的条件下干燥得到一种含纳米银的丝素基膜与含珍珠粉的丝素基膜连接在一起的丝素基双层抗菌膜成膜。
3.如权利要求1所述的一种丝素基双层抗菌膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）在质量浓度为2.5%～6%的丝素溶液中加入珍珠粉，珍珠粉对丝素的质量百分比为8%～20%，在超声波条件下分散处理15～30min，加入甘油，甘油对丝素的质量百分比为15%～30%；再在超声波处理的同时搅拌5～10min后，倒入模具中，在温度为15～25℃，相对湿度为30%～55%的条件下干燥得到含珍珠粉的丝素基膜；
（2）在质量浓度为2.5%～6%的丝素溶液中加入纳米银,纳米银对丝素的质量百分比为0.3%～0.8%；在超声波条件下分散处理15～30min后，再加入甘油，甘油对丝素的质量百分比为10%～20%；在超声波处理的同时搅拌5～10min后，倒入模具中的含珍珠粉的丝素基膜上，在温度为15～25℃，相对湿度为30%～55%的条件下干燥得到一种含珍珠粉的丝素基膜与含纳米银的丝素基膜连接在一起的丝素基双层抗菌膜成膜。
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