CN107620132A - 乳液静电纺丝核壳结构抗菌纳米纤维膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及乳液静电纺丝核壳结构抗菌纳米纤维膜及制备方法，包括(1)将羧甲基壳聚糖和聚环氧乙烷按照一定比例溶于去离子水中至完全溶解，配制水相溶液；(2)将乳化剂吐温80加入到百里香精油中，添加一定的甘油，配制油相溶液；(3)按照一定的体积比将水相溶液和油相溶液混合并高速搅拌，得到水包油型乳液；(4)将乳液进行静电纺丝，设置纺丝电压为20kV、22kV，纺丝速度0.5ml/h、1ml/h，接收距离11cm，喷射针头直径0.6mm。本发明制备方法操作简单，条件温和，所得抗菌纳米纤维具有核壳结构，不仅可以保护百里香精油的活性，还可以防止精油的突释，并对大肠杆菌、金黄葡萄球菌、灰霉和青霉有很好的抗菌效果。

Description

乳液静电纺丝核壳结构抗菌纳米纤维膜及其制备方法

技术领域

本发明属核壳结构抗菌纳米纤维的制备领域,特别是涉及一种以乳液静电纺丝核壳结构抗菌纳米纤维膜的制备方法。

背景技术

随着纳米技术的不断发展，该技术能够创造出极细微的颗粒，其比表面积急剧增加，使其具备了表面效应，小尺寸效应和量子隧道效应等特点，将其运用在材料生产中可以产生丰富多彩的变化，因此，纳米技术被广泛应用医药、食品、能源、电子等领域。通常纳米颗粒通常指的是1-100nm的颗粒，这种纳米材料可以称为零维纳米包装材料，即在空间三个维度上尺寸均为纳米尺度。虽然将纳米粒子添加到常用包装材料中能够达到比传统包装材料更好的保鲜、抗菌和阻隔性，但是纳米粒子的迁移和安全性问题给纳米技术在包装中材料中的开发与应用带来了一定的局限性，因此，要寻找另外的纳米技术扩展其在包装材料中应用。静电纺丝纳米纤维技术作为构筑一维纳米结构材料的主要形式，已经开发出多种结构形式的纳米纤维，并在光电、能源、生物医学、过滤防护、食品工程等领域得到了广泛应用，近年来也有一些学者开始关注这种技术，尝试着将这种技术运用在包装材料的开发中。

由于静电纺丝技术能够快速、方便地制备出一维纳米纤维膜，因此近几年来受到了广泛的关注。静电纺丝对有机物、无机物、有机/无机复合等均可得到连续的纳米纤维，所以在过滤膜、人工血管、组织工程支架等领域具有诸多潜在的用途，目前，陆续也有研究人员尝试将其应用在抗菌纳米纤维的开发中。

传统的静电纺丝是将功能材料和聚合物混合溶解在溶剂中制成能够静电纺丝的高聚物溶液，但是功能材料、聚合物、溶剂三者的兼容性和稳定性是静电纺丝过程中重点考虑的问题，特别是在一些特殊领域如药物释放等，需要制备出具有核-壳结构的纳米纤维，因此这对传统静电纺丝提出了挑战。同轴静电纺丝可以实现核-壳结构的纳米纤维，但是需要特殊的喷丝头，且纺丝过程参数难控制，因此有些学者开始尝试使用乳液静电纺丝的方法实现核壳结构纳米纤维。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种乳液静电纺丝核壳结构抗菌纳米纤维膜的制备方法，该制备方法操作简单，条件温和，所得抗菌纳米纤维具有核壳结构，不仅可以保护百里香精油的活性，还可以防止精油的突释。

本发明的乳液静电纺丝核壳结构抗菌纳米纤维膜的制备方法，包括：

将羧甲基壳聚糖和聚环氧乙烷按照质量比为9:1溶于去离子水中至完全溶解，配制浓度为3％、4％的均一水相溶液；

选取吐温80为乳化剂，将其加入到百里香精油中，添加一定的甘油，配制油相溶液；

按照体积比为水相溶液88％和油相溶液12％，将两者混合并高速搅拌30min，制得体系稳定的水包油型乳液；

将乳液进行静电纺丝，设置纺丝电压为20kV-22kV，纺丝速度0.5ml/h-1ml/h，接收距离11cm，喷射针头直径0.6mm，制得具有核壳结构的纳米纤维。

所述的羧甲基壳聚糖和聚环氧乙烷均可溶于去离子水，具有成膜性、抗菌性等优点。

(1)所述的抗菌剂所述的抗菌剂属于天然植物源抗菌剂，具有环境友好、对人体相对安全及抗菌性能良好等优点。

(2)所述的天然植物源抗菌剂为百里香精油，其来源广、抗菌效果良好，但由于易挥发、见光分解等不稳定性使其难以达到长期的抗菌效果。

(3)所述的乳化剂吐温80为非离子型表面活性剂，其亲水亲油平衡值值为15。

(4)所述的水相溶液和油相溶液体积比为88％和12％时，可配制体系稳定的水包油型乳液。

(5)所述的静电纺丝抗菌纳米纤维光滑、直径粗细均匀，具有核壳结构，并且对大肠杆菌、金黄葡萄球菌、灰霉和青霉有很好的抗菌效果。

本发明以羧甲基壳聚糖和聚环氧乙烷水溶液为水相，百里香精油、吐温80、甘油为油相，配制水包油型乳液，采用静电纺丝的技术制备具有核壳结构的纳米纤维，抗菌剂百里香精油均匀的分布于纤维内，不仅可以保护百里香精油的活性，还可以有效抑制百里香精油的突释。

本发明制备方法操作简单，条件温和，所得抗菌纳米纤维具有核壳结构；所得抗菌纳米纤维光滑、直径粗细均匀，具有核壳结构，并对大肠杆菌、金黄葡萄球菌、灰霉和青霉有很好的抗菌效果。

附图说明

图1为乳液静电纺丝过程示意图；

图2为纳米纤维放大5000倍的扫描电子显微镜照片；

图3为纳米纤维的透射电子显微镜照片。

图4为纳米纤维膜对金黄葡萄球菌抗菌性能测试照片。

图5为纳米纤维膜对大肠杆菌性能测试照片。

图6为纳米纤维膜对灰霉抗菌性能测试照片。

图7纳米纤维膜对青霉抗菌性能测试照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

用电子天平称取2.7g羧甲基壳聚糖，0.3g聚环氧乙烷，溶于一定量的去离子水中，在恒温磁力搅拌器上搅拌至完全溶解，得到质量分数为3％的水相溶液；

量取9.6ml的百里香精油，2ml的吐温80,0.4ml的甘油，配制成油相溶液；

将油相溶液逐滴加入到88ml的水相溶液中，高速搅拌30min，得到外观呈乳白色，体系稳定的水包油型乳液；

对得到的乳液进行静电纺丝，设置纺丝电压为20kV，纺丝速度0.5ml/h，接收距离11cm，喷射针头直径0.6mm，所得纳米纤维平均直径约为126nm。

实施例2

用电子天平称取2.7g羧甲基壳聚糖，0.3g聚环氧乙烷，溶于一定量的去离子水中，在恒温磁力搅拌器上搅拌至完全溶解，得到质量分数为3％的水相溶液；

量取9.6ml的百里香精油，2ml的吐温80,0.4ml的甘油，配制成油相溶液；

将油相溶液逐滴加入到88ml的水相溶液中，高速搅拌30min，得到外观呈乳白色，体系稳定的水包油型乳液；

对得到的乳液进行静电纺丝，设置纺丝电压为22kV，纺丝速度0.5ml/h，接收距离11cm，喷射针头直径0.6mm，所得纳米纤维平均直径约为114nm。

实施例3

用电子天平称取2.7g羧甲基壳聚糖，0.3g聚环氧乙烷，溶于一定量的去离子水中，在恒温磁力搅拌器上搅拌至完全溶解，得到质量分数为4％的水相溶液；

量取9.6ml的百里香精油，2ml的吐温80,0.4ml的甘油，配制成油相溶液；

将油相溶液逐滴加入到88ml的水相溶液中，高速搅拌30min，得到外观呈乳白色，体系稳定的水包油型乳液；

对得到的乳液进行静电纺丝，设置纺丝电压为20kV，纺丝速度0.5ml/h，接收距离11cm，喷射针头直径0.6mm，所得纳米纤维平均直径为188nm。

实施例4

用电子天平称取2.7g羧甲基壳聚糖，0.3g聚环氧乙烷，溶于一定量的去离子水中，在恒温磁力搅拌器上搅拌至完全溶解，得到质量分数为4％的水相溶液；

量取9.6ml的百里香精油，2ml的吐温80,0.4ml的甘油，配制成油相溶液；

将油相溶液逐滴加入到88ml的水相溶液中，高速搅拌30min，得到外观呈乳白色，体系稳定的水包油型乳液；

对得到的乳液进行静电纺丝，设置纺丝电压为22kV，纺丝速度0.5ml/h，接收距离11cm，喷射针头直径0.6mm，所得纳米纤维平均直径为180nm。

Claims (5)

1.乳液静电纺丝核壳结构抗菌纳米纤维膜的制备方法，包括：

(1)将水溶性聚合物溶解于去离子水中至完全溶解，配制质量分数为3％-4％的均一水相溶液；

(2)将乳化剂和甘油按照体积比为5:1，将其加入到天然植物源抗菌剂中，配制油相溶液；

(3)在搅拌状态下，将油相溶液逐渐加入到水相溶液中，搅拌30min，制得体系稳定的水包油型乳液；

(4)将乳液进行静电纺丝，设置纺丝电压为20kV-22kV，纺丝速度0.5ml/h-1ml/h，接收距离11cm，喷射针头直径0.6mm，制得具有核壳结构的纳米纤维。

2.根据权利要求1所述的乳液静电纺丝核壳结构抗菌纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：水溶性聚合物为羧甲基壳聚糖和聚环氧乙烷，且质量比为9:1。

3.根据权利要求1所述的乳液静电纺丝核壳结构抗菌纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：天然植物源抗菌剂为百里香精油。

4.根据权利要求1所述的乳液静电纺丝核壳结构抗菌纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：乳化剂为吐温80，其亲水亲油平衡值为15。

5.采用权利要求1所述的制备方法制备的乳液静电纺丝核壳结构抗菌纳米纤维膜，其特征在于：所述的静电纺丝抗菌纳米纤维光滑、直径粗细均匀,具有核壳结构，纳米纤维直径在110-200nm，该抗菌纳米纤维膜对金黄葡萄球、大肠杆菌菌、灰霉和青霉的抑菌圈分别为8.2mm、4.6mm、9.5mm和9.3mm。