CN108339977A - 一种壳寡糖纳米银复合抗菌剂的制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种壳寡糖纳米银复合抗菌剂的制备方法和应用,属于生物抗菌技术领域。本发明将硝酸银水溶液和壳寡糖水溶液按比例5~30:70~95进行混合,纳米银作为主要抗菌成分,壳寡糖作为辅助抗菌剂、还原剂和稳定剂,在紫外光照射下,银离子被壳寡糖还原成单质银,制得壳寡糖纳米银复合抗菌剂。壳寡糖吸附在银核表面防止纳米银团聚,该纳米粒子表面带正电荷。该抗菌剂对大肠杆菌的最小抑菌浓度(MIC)为4µg/mL、最小杀菌浓度(MBC)为8µg/mL,对金色葡萄球菌的最小抑菌浓度为8µg/mL、最小杀菌浓度(MBC)为16µg/mL,达到了国内外同类最好产品能达到的最低浓度限度,所用材料安全无毒。
Description
技术领域
本发明涉及一种壳寡糖纳米银复合抗菌剂的制备方法和应用,属于生物抗菌技术领域。
背景技术
壳寡糖是由壳聚糖解聚制成,水溶性好,在水溶液中带正电荷,是一种绿色天然抗菌剂。
纳米银是一类广泛应用的纳米抗菌材料,相对于银离子化合物更强的杀菌性能和较低的细胞毒性。近年来,纳米银-壳聚糖复合抗菌材料受到广泛关注。
公开号为CN104289727A的“一种以改性壳聚糖为还原剂制备纳米银的方法”的中国发明专利,将壳聚糖溶解于3%的乙酸溶液,浴比1:50,超声1-12h,随后加入2-10g/L的高碘酸钠,在40-80℃下避光反应10-60min,用去离子水反复清洗,离心,烘干备用;然后按照10:1-1:1的体积比,将0.01-100g/L高碘酸钠改性后的壳聚糖溶液与0.01-100g/L的银氨溶液混合,在20℃-80℃的温度条件下超声1-10h,得到纳米银胶体溶液,用乙醇和去离子水反复清洗,离心,干燥处理后得到纳米银。但是该专利在制备过程中使用具有一定毒性的高碘酸钠作为还原剂,使得在医用材料应用方面受到限制,易对人体健康产生威胁。
公开号CN105478792A的“一种改性壳聚糖-纳米银溶胶的绿色制备方法”的中国发明专利,该方法先通过酰胺化反应将儿茶酚基接枝到壳聚糖上,制得改性的壳聚糖。再利用儿茶酚基的还原性和壳聚糖的螯合作用,将改性壳聚糖作为还原剂和稳定剂,与硝酸银溶液反应制得改性壳聚糖-纳米银溶胶。该制备方法无需外加还原剂,原料来源广泛,工艺简单,反应温和,符合绿色化学的要求。但是该方法需在30-100oC下反应1-5h,反应时间长,耗能高,不利于节能减排。
公开号CN104741621A的“一种具有抗菌性能的纳米银胶的制备方法”的中国发明专利,该方法采用沸水浴加热法,硝酸银和柠檬酸三钠作为反应物制备纳米银胶。该制备方法使用柠檬酸三钠作为还原剂和稳定剂,制备出的纳米银表面带负电,不利于与人体环境中普遍带负电的细菌结合。
发明内容
本发明旨在提供一种壳寡糖纳米银复合抗菌剂的制备方法,该方法采用壳寡糖作为稳定剂和还原剂,在紫外光下还原银离子得到复合抗菌剂,具有良好且安全的抗菌性能,以解决现有纳米银系抗菌剂制备过程中使用有毒化学试剂对人体健康产生的潜在危害,制备过程复杂繁琐,以及纳米银易团聚、分散性差的问题。
本发明提供的壳寡糖纳米银复合抗菌剂的方法,采用纳米银作为主要抗菌成分,壳寡糖作为辅助抗菌剂、还原剂和稳定剂,在紫外光照射下,银离子被壳寡糖还原成单质银,壳寡糖吸附在银核表面防止纳米银团聚,该纳米粒子表面带正电荷。所用材料安全无毒,制备过程简单,能耗小,是一种绿色环保的新型复合抗菌剂。
本发明提供了一种壳寡糖纳米银复合抗菌剂的制备方法,将硝酸银水溶液和壳寡糖水溶液按比例5~30:70~95进行混合后,经紫外光照射制得壳寡糖纳米银复合抗菌剂。
上述制备方法,具体包括以下步骤:
(1)将0.1-1 wt %的硝酸银水溶液与0.1-1 wt %的壳寡糖水溶液按体积比为5~30:70~95加入搅拌器,室温下均匀搅拌5-10min;
(2)将上述混合溶液置于4mL容量的透明容器中,通氮气10-20s除尽空气并密封;
(3)将上述容器置于距紫外灯3-8cm处照射5min-30min,紫外灯波长为240-290nm,紫外灯功率为10-40W;
(4) 将混合溶液透析纯化即得壳寡糖纳米银复合抗菌剂。
上述方法中,所述壳寡糖的分子量为1000- 10000。所述硝酸银被还原后是单质银。所述纳米银表面包裹一层壳寡糖,壳寡糖纳米银复合抗菌剂表面带正电荷。
上述方法中,透析纯化的操作方法为将混合溶液置于10 KD透析袋中透析三天去除未被还原的银离子和未吸附到纳米银表面的壳寡糖,真空冷冻干燥得到壳寡糖纳米银复合抗菌剂。
本发明提供了上述制备方法制备出的壳寡糖纳米银复合抗菌剂。
本发明提供了上述壳寡糖纳米银复合抗菌剂的应用,该抗菌剂对大肠杆菌和金色葡萄球菌具有抗菌效果。
应用中,该抗菌剂对大肠杆菌的最小抑菌浓度(MIC)为4 µg/mL、最小杀菌浓度(MBC)为8 µg/mL,对金色葡萄球菌的最小抑菌浓度为8 µg/mL、最小杀菌浓度(MBC)为16 µg/mL,达到了国内外同类最好产品能达到的最低浓度限度。
本发明技术方案在制备过程中不需要外加水合肼等剧毒还原剂,得到了抗菌性能好,且成本比较低的绿色新型复合抗菌剂,本发明一种壳寡糖纳米银复合抗菌剂的制备方法的特点如下:
(1)制备纳米银抗菌剂时一般需分别加入还原剂与稳定剂,本发明壳寡糖在紫外光照射下将银离子还原为纳米银,无需加热和搅拌有利于节能减排;
(2)壳寡糖在还原银离子的同时吸附于纳米银表面,起到稳定作用,为纳米银提供大量的活性基团有利于纳米银粒子进一步改性和应用;
(3)由于壳寡糖在水溶液中带正电,因此壳寡糖包裹的纳米银也带正电。在人体环境中细菌普遍带负电,因此本发明获得的壳寡糖纳米银复合抗菌剂可以通过静电吸附的方式与细菌结合,有效的提高了抗菌性;
(4)本方法所制备的壳寡糖纳米银复合抗菌剂在水溶液中具有良好分散性和稳定性,适合材料共混改性;本方法操作简便,快捷,排除了有毒化学试剂的使用,保障了人身的健康,可广泛用于医疗、卫生、环境治理,功能涂料、纺织品抗菌整理等领域。
附图说明
图1是实施例1壳寡糖纳米银复合抗菌剂的X射线衍射谱图。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明,但不局限于以下实施例。
本发明壳寡糖纳米银复合抗菌剂是按硝酸银(0.1wt%)和壳寡糖(0.1wt%)的体积比为5:95进行混合,混合溶液经紫外光照射后银离子被还原为纳米银,将获得的悬浮液进行透析去除过量银离子、硝酸根离子以及未包裹在纳米银表面的壳寡糖,制得壳寡糖纳米银复合抗菌剂。
下面通过具体实施例来进一步详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1
(1)将硝酸银水溶液(0.1%wt)、壳寡糖水溶液(0.1%wt)按体积比为5:95进行混合,磁力搅拌10min;
(2)取3mL混合溶液置于4mL石英比色皿中,通氮气20s将空气排尽后密封,将样品瓶置于距272nm紫外灯5cm处照射20min,紫外灯功率20w;
(3)紫外灯照射结束后石英比色皿中混合溶液变为金黄色,将混合溶液透析纯化即得壳寡糖纳米银复合抗菌剂。
对本实施例壳寡糖纳米银复合抗菌剂进行微量肉汤稀释法最小抑菌浓度(MIC)测试和平板涂布最小杀菌浓度(MBC)测试:
将大肠杆菌(ATCC25922)和金黄色葡萄球菌(ATCC6538)的菌种分别以划线法接种到配置好的营养琼脂上,置于恒温培养箱中在下培养后,取典型的菌落移种到营养肉汤培养基中,再次培养,用营养肉汤对菌悬液进行稀释,配制成105CFU/mL细菌悬液备用。
选取灭菌的96孔聚苯乙烯板中并排的八个孔,每孔依次加入双倍浓度的灭菌MH(B)完全培养基100μL、105CFU/mL细菌悬液50μL和倍比稀释后不同浓度的O-羧甲基壳聚糖包裹纳米银复合抗菌剂50μL。此时第1孔至第8孔药物浓度分别为16、8、4、2、1、0.5、0.25、0.125μg/ml。将96孔聚苯乙烯板置于37oC培养箱内培养24h,用酶标仪检测630nm处各孔的OD值。以培养前后OD值没有明显变化的最低浓度为最小抑菌浓度(MIC)。从培养前后OD值没有明显变化的孔中取培养液60μL均匀涂布在MH(A)完全培养基平板上,置于37oC培养箱内培养24h,以完全不长菌的平板所对应的最小浓度为最小杀菌浓度(MBC)。
试验结果见附表1,抗菌剂对大肠杆菌的最小抑菌浓度(MIC)为1 µ/mL、最小杀菌浓度(MBC)为1 µ/mL,对金色葡萄球菌的最小抑菌浓度(MIC)为2 µ/mL、最小杀菌浓度(MBC)为1 µ/mL。
图1示出了实施例1壳寡糖纳米银复合抗菌剂的X射线衍射谱图。如图1所示,在2θ=38.1o、44.3o、64.4o、77.3o出现四个特征衍射峰,通过与JCPDS(4-0781) 标准卡片对比,我们可以知道38.1o、44.3o、64.4o、77.3o这四个衍射峰分别是对应着立方相金属银的(111)、(200)、(220)和(311)四个晶面的衍射峰。表明本发明所制备的是含有纳米银的抗菌剂,其中的银是立方结构晶系的单质银。
对比例:
按照实施例1的工艺方法,对比例的区别在于:紫外照射使用的容器为玻璃样品瓶。玻璃器皿相对石英器皿廉价易得可有效降低成本,但石英比色皿相对于玻璃瓶透光率更高,同样照射时间下本实施例使用玻璃样品瓶的样品紫外吸收峰远远低于实施例1,纳米银产率较低。
实施例2
按照实施例1的工艺方法,实施例5的区别在于:硝酸银水溶液(0.1wt%)与壳寡糖水溶液(0.1wt%)的体积之比为10:90。相对于实施例1,本实施例进一步提高了硝酸银用量,纳米银浓度进一步提高,纳米银尺寸进一步增大。
最小抑菌浓度(MIC)测试和最小杀菌浓度(MBC)测试同实施例1。
试验结果见表1,抗菌剂对大肠杆菌的最小抑菌浓度(MIC)为4 µ/mL、最小杀菌浓度(MBC)为8 µg/mL,对金色葡萄球菌的最小抑菌浓度(MIC)为8 µg/mL、最小杀菌浓度(MBC)为32 µg/mL,抑菌效果不及实施例1。
实施例3
按照实施例1的工艺方法,实施例4的区别在于:硝酸银水溶液(0.1wt%)与壳寡糖水溶液(0.1wt%)的体积之比为15:85。相对于实施例1、3,本实施例进一步提高了硝酸银用量,纳米银浓度进一步提高,纳米银尺寸进一步增大。
最小抑菌浓度(MIC)测试和最小杀菌浓度(MBC)测试同实施例1。
试验结果见附表1,抗菌剂对大肠杆菌的最小抑菌浓度(MIC)为4 µ/mL、最小杀菌浓度(MBC)为8 µg/mL,对金色葡萄球菌的最小抑菌浓度(MIC)为8 µg/mL、最小杀菌浓度(MBC)为32 µg/mL,抑菌效果不及实施例1、3。
实施例4
按照实施例1的工艺方法,实施例5的区别在于:硝酸银水溶液(0.1wt%)与壳寡糖水溶液(0.1wt%)的体积之比为20:80。相对于实施例1、3、4,本实施例进一步提高了硝酸银用量,纳米银浓度进一步提高,纳米银尺寸进一步增大。
最小抑菌浓度(MIC)测试和最小杀菌浓度(MBC)测试同实施例1。
试验结果见附表1,抗菌剂对大肠杆菌的最小抑菌浓度(MIC)为8 µ/mL、最小杀菌浓度(MBC)为16 µg/mL,对金色葡萄球菌的最小抑菌浓度(MIC)为16 µg/mL、最小杀菌浓度(MBC)为64 µg/mL,抑菌效果不及实施例1、3、4。
表1是本发明不同硝酸银水溶液(0.1wt%)与壳寡糖水溶液(0.1wt%)体积比制备的壳寡糖纳米银复合抗菌剂微量肉汤稀释法抑菌实验和平板涂布实验结果,试验使用大肠杆菌和金色葡萄球菌。
表1
。
Claims (8)
1.一种壳寡糖纳米银复合抗菌剂的制备方法,其特征在于:将硝酸银水溶液和壳寡糖水溶液按比例5~30:70~95进行混合,纳米银作为主要抗菌成分,壳寡糖作为辅助抗菌剂、还原剂和稳定剂,在紫外光照射下,银离子被壳寡糖还原成单质银,制得壳寡糖纳米银复合抗菌剂。
2.根据权利要求1所述的壳寡糖纳米银复合抗菌剂的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将0.1-1 wt %的硝酸银水溶液与0.1-1 wt %的壳寡糖水溶液按体积比为5~30:70~95加入搅拌器,室温下均匀搅拌5-10min;
(2)将上述混合溶液置于4mL容量的透明容器中,通氮气10-20s除尽空气并密封;
(3)将上述容器置于距紫外灯3-8cm处照射5min-30min,紫外灯波长为240-290nm,紫外灯功率为10-40W;
(4)将混合溶液透析纯化即得壳寡糖纳米银复合抗菌剂。
3.根据权利要求2所述的壳寡糖纳米银复合抗菌剂的制备方法,其特征在于:所述壳寡糖的分子量为1000- 10000。
4.根据权利要求1所述的壳寡糖纳米银复合抗菌剂的制备方法,其特征在于:透析纯化的操作方法为:将混合溶液置于10 KD透析袋中透析三天去除未被还原的银离子和未吸附到纳米银表面的壳寡糖,真空冷冻干燥得到壳寡糖纳米银复合抗菌剂。
5.一种根据权利要求1~4任一项所述的制备方法制备出的壳寡糖纳米银复合抗菌剂。
6.一种权利要求1~4所述的壳寡糖纳米银复合抗菌剂的应用,其特征在于:该抗菌剂对大肠杆菌和金色葡萄球菌具有抗菌效果。
7.根据权利要求6所述的应用,其特征在于:该抗菌剂对大肠杆菌的最小抑菌浓度为4µg/mL、最小杀菌浓度为8 µg/mL。
8.根据权利要求6所述的应用,其特征在于:该抗菌剂对金色葡萄球菌的最小抑菌浓度为8 µg/mL、最小杀菌浓度为16 µg/mL。
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PB01 | Publication | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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