CN109134950A - 一种包埋群体感应抑制剂水凝胶共混膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包埋群体感应抑制剂水凝胶共混膜的制备方法，该方法以海藻酸钠、壳聚糖和明胶等水凝胶作为载体，利用互穿网络结构包埋、固载群体感应抑制剂，制备出的共混膜最大限度的保证了抑制剂的活性。该水凝胶共混膜利用抑制剂具有抑制膜面生物膜的生长，降解细菌信号分子的功能，同时该共混膜具有制备方法易操作、抗生物膜污染效果好的作用，可以广泛应用在生物、食品、水处理等各个领域。

Description

一种包埋群体感应抑制剂水凝胶共混膜的制备方法
技术领域
本发明属于功能材料、膜和环境领域，涉及一种包埋群体感应抑制剂水凝胶共混膜的制备方法。
背景技术
近年来，科学家们研究发现，当细菌的数量积聚增加到一定程度的时候,细菌会通过信号分子发信号,改变和协调它们之间的行为,这一调控机制被称为细菌的群体感应(quorum sensing,QS)。在众多的群体感应信号分子中,酰基高丝氨酸内酯(AHLs)是研究最深入全面的,它参与许多细菌生物学功能的调控如生物发光、抗生素的合成、质粒结合转移、生物群游现象、细菌致病和生物膜的形成等等。
群体感应抑制剂可以干扰信号分子系统的传导，抑制细菌某种特性和机理的表达。群体感应抑制剂的种类有很多，包括一些原核生物和真核生物中已经鉴定出的一些群体感应淬灭酶和含有淬灭酶的细菌。比如，P.aeruginosa PAO1的AHL酰基转移酶、内脂酶、脱羧酶、脱氨酶、苏云金芽孢杆菌和红球菌属BH4。但是，当具有群体感应抑制剂作用的淬灭酶和细菌单独使用时，会存在稳定性不好，易失活等缺点。因此，一般会选择合适的固定材料将其包埋，做成复合材料进行应用。
水凝胶(Hydrogel)是以水为分散介质的具有网络交联结构的一种聚合物网络体系，其性质柔软，能保持一定的形状，并吸收大量的水分。它可以吸收大量的水并在水中显著膨胀，在溶胀后可以继续保持其原有结构而不溶解，所以在生物酶固定、水处理等领域得到广泛的应用。凡是水溶性或亲水性的高分子，通过一定的化学交联或物理交联，都可水凝胶以形成水凝胶。这些高分子按其来源可分为天然和合成两大类。天然的亲水性高分子包括多糖类(淀粉、纤维素、海藻酸、壳聚糖等)和多肽类(胶原、聚L-赖氨酸、聚L-谷胺酸等)。合成的亲水高分子包括醇、丙烯酸及其衍生物类(聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺，等)。
单一成分的水凝胶在使用过程中，都有各自的优缺点。因此，互穿式网格结构水凝胶的出现使水凝胶在保持原有特性的同时，又可具备良好的力学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种包埋群体感应抑制剂水凝胶共混膜的制备方法，该方法制备水凝胶共混膜利用抑制剂能够降解细菌信号分子的功能，抑制膜面生物膜的生长，同时该共混膜具有制备方法易操作、抗生物膜污染效果好的作用。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。
一种包埋群体感应抑制剂水凝胶共混膜的制备方法，包括下述步骤:
1)群体感应抑制剂溶液配制：
称取适量群体感应抑制剂，溶于去离子水中，搅拌，配制成100～200mg/ml群体感应抑制剂溶液；
2)二元混合溶液的制备：
①按照质量比将海藻酸钠和添加剂分别溶于去离子水，搅拌，分别配制1～5g/L的海藻酸钠和添加剂溶液；
②将占海藻酸钠质量分数为0.1～4wt％的群体感应抑制剂溶液添加进海藻酸钠溶液中，搅拌；将混有群体感应抑制剂的海藻酸钠溶液与添加剂溶液按质量比为10:1～1:10的比例混合，匀速搅拌，配制得到二元混合溶液；
3)明胶溶液的制备：
取一定量的明胶配成1～5g/L溶液，在室温下溶胀进行均质，得到明胶溶液；
4)三元混合溶液的制备：
将步骤2)制备的二元混合溶液与步骤3)制备的明胶溶液按照质量比为5:1～1:5的不同比例混合，匀速搅拌至完全溶解，得到三元混合溶液；
5)共混膜的制备：
将步骤4)制备的三元混合溶液均匀脱气，将脱气后的溶液缓慢滴入离子交联剂溶液中，滴加完毕后，搅拌交联，用去离子水洗涤凝胶表面残留的离子交联剂溶液；自然风干，得到水凝胶共混膜。
进一步，所述群体感应抑制剂指的是所有对细菌信号分子具有降解作用的淬灭酶和含有淬灭酶的细菌，包括P.aeruginosa PAO1的AHL酰基转移酶、内脂酶、脱羧酶、脱氨酶、苏云金芽孢杆菌和红球菌属BH4。
进一步，所述添加剂为壳聚糖、木聚糖、羧基壳聚糖或羧甲基纤维素钠中的一种或两种以上混合物。
进一步，所述步骤1)中，在10～30℃下搅拌0.5～1.5h。
进一步，所述步骤3)中，在室温下溶胀30min。
进一步，所述步骤4)中，在10℃～30℃匀速搅拌至完全溶解。
进一步，所述离子交联剂为硫酸铜、氯化锌、氯化钡、氯化铁、氯化铝、氯化钙、磷酸二氢钙、硫酸钙、硝酸钙、磷酸氢钙或乳酸钙的水溶液中的任意一种或两种以上混合物。
进一步，所述步骤5)中，搅拌交联30～60min。
进一步，将所述包埋群体感应抑制剂水凝胶共混膜放入去离子水中4℃保存。
进一步，所述膜的形态为纳米纤维膜或平板膜。
本发明的有益效果在于：
(1)该包埋群体感应抑制剂共混膜的制备方法，共混膜除了可以降解细菌信号分子，同样可以通过水解氨基，降解蛋氨酸等氨基酸类物质。
(2)改善了抑制剂固定负载量效率低、扩散限制作用、活性不高等问题。
(3)三元共混膜的力学强度由于单一成分水凝胶的力学强度，使用寿命长，耐冲刷。
(4)包埋群体感应抑制剂共混膜的制备方法简单易行，可在生物、环境等多个领域进行应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
一种包埋群体感应抑制剂共混膜的制备方法，包括下述步骤:
1)群体感应抑制剂溶液配制：称取适量群体感应抑制剂，溶于去离子水中，在10～30℃下搅拌0.5～1.5h，配制成100～200mg/ml群体感应抑制剂溶液。
所述群体感应抑制剂指的是所有对细菌信号分子具有降解作用的淬灭酶和含有淬灭酶的细菌，包括P.aeruginosa PAO1的AHL酰基转移酶、内脂酶、脱羧酶、脱氨酶、苏云金芽孢杆菌和红球菌属BH4。
2)二元混合溶液的制备：按照质量比分别将海藻酸钠和添加剂(壳聚糖、羧基壳聚糖、羧甲基纤维素钠中的一种或两种以上混合物)溶于去离子水，搅拌，配制1～5g/L的海藻酸钠和添加剂溶液；将占海藻酸钠质量分数0.1～4wt％群体感应抑制剂溶液添加进海藻酸钠混合溶液中，搅拌；再将混有群体感应抑制剂的海藻酸钠溶液与添加剂溶液按质量比为10:1～1:10不同比例混合，匀速搅拌；分别得到二元混合溶液。
3)明胶溶液的制备：取一定量的明胶配成1～5g/L溶液，在10℃～30℃下溶胀30min进行均质，得到明胶溶液。
4)三元混合溶液的制备：将步骤2)制备的二元混合溶液和步骤1)制备的明胶溶液按照质量比为5:1～1:5的不同比例混合，10℃～30℃匀速搅拌至完全溶解，得到三元混合溶液。
5)共混膜的制备：将步骤4)制备的三元混合溶液均匀脱气，将脱气后的溶液缓慢滴入离子交联剂溶液(硫酸铜、氯化锌、氯化钡、氯化铁、氯化铝、氯化钙、磷酸二氢钙、硫酸钙、硝酸钙、磷酸氢钙、乳酸钙水溶液中的任意一种或两种以上混合物)中，滴加完毕后，搅拌交联30～60min，用去离子水洗涤凝胶表面残留的离子交联剂溶液。自然风干，得到水凝胶共混膜放入去离子水中4℃保存。膜的形态为纳米纤维膜或平板膜。
下面通过具体实施例对本发明做具体说明。
实施例1：
1)群体感应抑制剂溶液配制：称取适量苏云金芽孢杆菌，溶于去离子水中，在20℃下搅拌1h，配制成200mg/ml细菌悬浮液。
2)二元混合溶液的制备：分别将海藻酸钠和壳聚糖溶于去离子水，搅拌混合，配制1g/L的海藻酸钠和2g/L壳聚糖溶液，将1wt％细菌悬浮液添加进海藻酸钠混合溶液中，搅拌；将混有苏云金芽孢杆菌的海藻酸钠溶液和壳聚糖溶液按6:1的比例混合，匀速搅拌，配制成得到二元混合溶液。
3)明胶溶液的制备：取一定量的明胶配成5g/L溶液，在10℃下溶胀30min进行均质，得到明胶溶液。
4)三元混合溶液的制备：将步骤2)制备的二元混合溶液和步骤1)制备的明胶溶液按5:2的不同比例混合，10℃匀速搅拌至完全溶解，得到三元混合溶液。
5)共混膜的制备：将步骤4)制备的三元混合溶液均匀脱气，将脱气后的溶液缓慢滴入氯化锌溶液中，滴加完毕后，搅拌交联30min，用去离子水洗涤凝胶表面残留的氯化锌溶液。自然风干，得到水凝胶共混膜。
实施例2：
1)群体感应抑制剂溶液配制：称取0.1mg氨基酰化酶，溶于去离子水中，在10℃下搅拌1.5h，配制成100mg/ml氨基酰化酶溶液。
2)二元混合溶液的制备：分别将海藻酸钠和羧基纤维素钠溶于去离子水，搅拌混合，配制2g/L的海藻酸钠和1g/L羧甲基纤维素钠溶液，将0.1wt％氨基酰化酶溶液添加进海藻酸钠混合溶液中，搅拌。将混有氨基酰化酶的海藻酸钠溶液和羧甲基纤维素钠溶液按10:1比例混合，匀速搅拌，配制成得到二元混合溶液。
3)明胶溶液的制备：取一定量的明胶配成1g/L溶液，在30℃下溶胀30min进行均质，得到明胶溶液。
4)三元混合溶液的制备：将步骤2)制备的二元混合溶液和步骤1)制备的明胶溶液按5:1的比例混合，30℃匀速搅拌至完全溶解，得到三元混合溶液。
5)共混膜的制备：将步骤4)制备的三元混合溶液均匀脱气，将脱气后的溶液缓慢滴入CaCl2溶液中，滴加完毕后，搅拌交联50min，用去离子水洗涤凝胶表面残留的CaCl2溶液。自然风干，得到水凝胶共混膜。
实施例3：
1)群体感应抑制剂溶液配制：称取适量红球菌属BH4，溶于去离子水中，搅拌，配制成200mg/ml细菌悬浮液。
2)二元混合溶液的制备：分别将海藻酸钠和羧基壳聚糖溶于去离子水，搅拌混合，配制5g/L的海藻酸钠和3g/L羧基壳聚糖溶液，将4wt％细菌悬浮液添加进海藻酸钠混合溶液中，搅拌。将混有细菌悬浮液的海藻酸钠溶液和羧基壳聚糖溶液按1:10的比例混合，匀速搅拌，配制成得到二元混合溶液。
3)明胶溶液的制备：取一定量的明胶配成3g/L溶液，在20℃下溶胀30min进行均质，得到明胶溶液。
4)三元混合溶液的制备：将步骤2)制备的二元混合溶液和步骤1)制备的明胶溶液按1:5的比例混合，20℃匀速搅拌至完全溶解，得到三元混合溶液。
5)共混膜的制备：将步骤4)制备的三元混合溶液均匀脱气，将脱气后的溶液缓慢滴入硫酸铜溶液中，滴加完毕后，搅拌交联60min，用去离子水洗涤凝胶表面残留的硫酸铜溶液。自然风干，得到水凝胶共混膜。
实施例4：
1)群体感应抑制剂溶液配制：称取0.1mg内脂酶，溶于去离子水中，在30℃下搅拌0.5h，配制成100mg/ml内脂酶溶液。
2)二元混合溶液的制备：分别将海藻酸钠和壳聚糖、羧基壳聚糖溶于去离子水，搅拌混合，配制2g/L的海藻酸钠和1g/L壳聚糖、羧基壳聚糖溶液，将0.1wt％内脂酶溶液添加进海藻酸钠混合溶液中，搅拌。将混有内脂酶的海藻酸钠溶液和壳聚糖、羧基壳聚糖溶液按10:1比例混合，匀速搅拌，配制成得到二元混合溶液。
3)明胶溶液的制备：取一定量的明胶配成2g/L溶液，在20℃下溶胀30min进行均质，得到明胶溶液。
4)三元混合溶液的制备：将步骤2)制备的二元混合溶液和步骤1)制备的明胶溶液按3:2的比例混合，30℃匀速搅拌至完全溶解，得到三元混合溶液。
5)共混膜的制备：将步骤4)制备的三元混合溶液均匀脱气，将脱气后的溶液缓慢滴入氯化钡、氯化铁、氯化铝混合溶液中，滴加完毕后，搅拌交联60min，用去离子水洗涤凝胶表面残留的氯化钡、氯化铁、氯化铝混合溶液。自然风干，得到水凝胶共混膜。
实施例5：
1)群体感应抑制剂溶液配制：称取适量脱羧酶，溶于去离子水中，搅拌，配制成200mg/ml细菌悬浮液。
2)二元混合溶液的制备：分别将海藻酸钠和壳聚糖溶于去离子水，搅拌混合，配制2g/L的海藻酸钠和3g/L壳聚糖溶液，将1wt％细菌悬浮液添加进海藻酸钠混合溶液中，搅拌；将混有细菌悬浮液的海藻酸钠溶液和羧基壳聚糖溶液按8:5的比例混合，匀速搅拌，配制成得到二元混合溶液。
3)明胶溶液的制备：取一定量的明胶配成2g/L溶液，在18℃下溶胀25min进行均质，得到明胶溶液。
4)三元混合溶液的制备：将步骤2)制备的二元混合溶液和步骤1)制备的明胶溶液按2:3的比例混合，20℃匀速搅拌至完全溶解，得到三元混合溶液。
5)共混膜的制备：将步骤4)制备的三元混合溶液均匀脱气，将脱气后的溶液缓慢滴入磷酸二氢钙、硫酸钙、硝酸钙、磷酸氢钙混合溶液中，滴加完毕后，搅拌交联60min，用去离子水洗涤凝胶表面残留的磷酸二氢钙、硫酸钙、硝酸钙、磷酸氢钙混合溶液。自然风干，得到水凝胶共混膜。
本发明方法制备一种具备降解细菌信号分子的功能，抑制膜面生物膜的生长的共混膜，该共混膜具有抗生物膜污染效果好的作用。
以上所述，仅是本发明针对一种群体感应抑制剂共混膜及其制备方法的实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据本发明技术对以上实施例所做的任何简单修改，变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种包埋群体感应抑制剂水凝胶共混膜的制备方法，其特征在于，包括下述步骤:
1)群体感应抑制剂溶液配制：
称取适量群体感应抑制剂，溶于去离子水中，搅拌，配制成100～200mg/ml群体感应抑制剂溶液；
2)二元混合溶液的制备：
①按照质量比将海藻酸钠和添加剂分别溶于去离子水，搅拌，分别配制1～5g/L的海藻酸钠和添加剂溶液；
②将占海藻酸钠质量分数为0.1～4wt％的群体感应抑制剂溶液添加进海藻酸钠溶液中，搅拌；将混有群体感应抑制剂的海藻酸钠溶液与添加剂溶液按质量比为10:1～1:10的比例混合，匀速搅拌，配制得到二元混合溶液；
3)明胶溶液的制备：
取一定量的明胶配成1～5g/L溶液，在室温下溶胀进行均质，得到明胶溶液；
4)三元混合溶液的制备：
将步骤2)制备的二元混合溶液与步骤3)制备的明胶溶液按照质量比为5:1～1:5的不同比例混合，匀速搅拌至完全溶解，得到三元混合溶液；
5)共混膜的制备：
将步骤4)制备的三元混合溶液均匀脱气，将脱气后的溶液缓慢滴入离子交联剂溶液中，滴加完毕后，搅拌交联，用去离子水洗涤凝胶表面残留的离子交联剂溶液；自然风干，得到水凝胶共混膜。
2.根据权利要求1所述的包埋群体感应抑制剂水凝胶共混膜的制备方法，其特征在于，所述群体感应抑制剂指的是所有对细菌信号分子具有降解作用的淬灭酶和含有淬灭酶的细菌，包括P.aeruginosa PAO1的AHL酰基转移酶、内脂酶、脱羧酶、脱氨酶、苏云金芽孢杆菌和红球菌属BH4。
3.根据权利要求1所述的包埋群体感应抑制剂水凝胶共混膜的制备方法，其特征在于，所述添加剂为壳聚糖、木聚糖、羧基壳聚糖或羧甲基纤维素钠中的一种或两种以上混合物。
4.根据权利要求1所述的包埋群体感应抑制剂水凝胶共混膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，在10～30℃下搅拌0.5～1.5h。
5.根据权利要求1所述的包埋群体感应抑制剂水凝胶共混膜的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，在室温下溶胀30min。
6.根据权利要求1所述的包埋群体感应抑制剂水凝胶共混膜的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，在10℃～30℃匀速搅拌至完全溶解。
7.根据权利要求1所述的包埋群体感应抑制剂水凝胶共混膜的制备方法，其特征在于，所述离子交联剂为硫酸铜、氯化锌、氯化钡、氯化铁、氯化铝、氯化钙、磷酸二氢钙、硫酸钙、硝酸钙、磷酸氢钙或乳酸钙的水溶液中的任意一种或两种以上混合物。
8.根据权利要求1所述的包埋群体感应抑制剂水凝胶共混膜的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中，搅拌交联30～60min。
9.根据权利要求1所述的包埋群体感应抑制剂水凝胶共混膜的制备方法，其特征在于，将所述包埋群体感应抑制剂水凝胶共混膜放入去离子水中4℃保存。
10.根据权利要求1所述的包埋群体感应抑制剂水凝胶共混膜的制备方法，其特征在于，所述水凝胶共混膜的形态为纳米纤维膜或平板膜。
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