CN110522955A - 一种抗菌纳米合成及抗菌涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗菌纳米合成及抗菌涂层的制备方法，属于生物医用材料技术领域，包括以下步骤：1)将聚丙烯酸溶液与聚季铵盐溶液在超声环境下反应，形成含有纳米粒子的悬浊液，然后离心，倒掉上清液，加入去离子水，使纳米粒子重悬，得到活化后的纳米粒子溶液；2)将基层置于含有多巴胺的Tris缓冲液中，磁力搅拌后，用去离子水清洗，然后干燥处理，得到表面沉积聚多巴胺层的基层；3)将表面沉积有聚多巴胺层的基层置于活化后的纳米粒子溶液中浸泡，然后用去离子水清洗，干燥处理，得到表面固定有纳米粒子的基层。本发明通过在多巴胺涂层中固定一种新型的抗菌纳米粒子，以达到抗菌的目的，原料廉价且方法简单易行，工艺成本低。

Description

一种抗菌纳米合成及抗菌涂层的制备方法
技术领域
本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种抗菌纳米合成及抗菌涂层的制备方法。
背景技术
纳米材料在医疗、食品、机械等方面都发挥着重要作用。细菌又是威胁人类健康的主要隐患之一，因此研究新型的纳米抗菌粒子对医疗、食品等方面的发展具有推动作用。
细菌无处不在，它可能粘附在食物表面或者各种工具上，威胁着人类的健康。细菌可以吸附在人体体表或入侵到人体体内，破坏人体的各项生理机能。有害细菌可以导致疾病的发生，甚至致人死亡。
以住院病人为例，细菌感染发生在欧洲和北美所在住院病人中的比例为5～10％，而这一比例在亚洲、拉丁美洲和非洲等地区甚至超过40％。细菌感染是仅次于心脏病的第二大死因，这一问题值得我们关注并努力解决。
目前，抗生素是人们对抗细菌感染的主要武器，但长期的使用抗生素，使细菌产生了耐药性。耐药性一旦产生，药物的治疗作用就明显下降。抗生素可以杀死体内大部分细菌，但一部分未杀死的细菌就对其产生耐药性，经过大量的繁殖，抗生素就失去了其作用。因此，不引发细菌耐药性的抗菌方法也引起了人们的广泛关注。
在合成新型的抗菌纳米粒子时，需要考虑其杀菌的优越性及抗菌的长久性。合成具有优异的抗菌性能的纳米粒子，对食品安全及医疗健康有着至关重要的影响。如何实现纳米粒子的血液相容性和抗菌的双功能化，对医疗器件的发展具有重要的现实意义。
发明内容
发明目的：本发明提供一种抗菌纳米合成及抗菌涂层的制备方法，该方法通过廉价易行的方式，来合成一种新的抗菌纳米粒子，通过在食品包装、医疗器械材料表面，在不影响其使用性能的前提下，固定抗菌纳米粒子，以达到抗菌的目的。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种抗菌纳米合成及抗菌涂层的制备方法，包括如下步骤：
1)将聚丙烯酸溶液与聚季铵盐溶液在超声环境下反应，形成含有纳米粒子的悬浊液，然后离心，倒掉上清液，加入去离子水，使纳米粒子重悬，得到活化后的纳米粒子溶液；
2)将基层置于含有多巴胺的Tris缓冲液中，磁力搅拌后，用去离子水清洗，然后干燥处理，得到表面沉积聚多巴胺层的基层；
3)将表面沉积有聚多巴胺层的基层置于活化后的纳米粒子溶液中浸泡，然后用去离子水清洗，干燥处理，得到表面固定有纳米粒子的基层，即为抗菌纳米合成及抗菌涂层。
进一步地，步骤1)中，所述的聚季铵盐选自聚二烯二甲基氯化铵、聚[(氧亚乙基-二甲基亚氨基-亚乙基-二甲基亚氨基-亚乙基)二氯化物]、N,N,N-三甲基-2-(2-甲基-1-氧代-2-丙烯基氧基)乙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物中的一种。
进一步地，所述的聚丙烯酸溶液与聚季铵盐溶液反应超声时间为1～5min，超声温度10～70℃；所述的聚丙烯酸的浓度为0.025～0.5mg/ml，聚季铵盐的浓度为0.025～0.5mg/ml。
进一步地，步骤1)中，所述的聚丙烯酸溶液与聚季铵盐溶液反应方式包括聚丙烯酸溶液逐滴滴入聚季铵盐溶液中和/或聚季铵盐溶液逐滴滴入聚丙烯酸溶液中。
进一步地，步骤1)中，所述的离心后，离心管通过去离子水清洗出去未反应的聚丙烯酸或聚季铵盐，再通过超声使粘附在离心管内壁的纳米粒子重新悬浮在溶剂中，超声时间4～24h。
进一步地，步骤2)中，所述的多巴胺的浓度为1～5mg/ml，磁力搅拌时间为8～24h，干燥温度为20～50℃，干燥时间为8～24h。
进一步地，步骤2)中，所述的基层选自钛合金、铝板和SEBS。
进一步地，步骤3)中，所述的纳米粒子活化时，通过EDC/NHS活化，摩尔质量比n(EDC):n(NHS)＝5:1～2:1，反应时间4～12h。
进一步地，步骤3)中，所述的浸泡反应的时间为4～24h；所述的干燥的温度为20～50℃，时间为8～24h。
有益效果：与现有技术相比，本发明的一种固定在基层表面的新型抗菌纳米粒子的合成方法，通过聚丙烯酸溶液与聚季铵盐阳离子，通过聚合物自组装合成一种新型的抗菌纳米粒子，随后利用多巴胺在基层表面形成聚多巴胺层，接着用EDC/NHS活化偶联法，活化纳米粒子，将活化后的粒子固定在基层表面形成聚多巴胺层的基层上；本发明制备得到的纳米粒子具有较好的抗菌性能，方法简单易行，具备很好的实用性。
附图说明
图1是聚丙烯酸与聚二烯二甲基氯化铵反应合成的纳米粒子扫描电子显微镜图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种抗菌纳米合成及抗菌涂层的制备方法进行详细描述。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。
一种抗菌纳米合成及抗菌涂层的制备方法，包括如下步骤：
1)将聚丙烯酸溶液与聚季铵盐溶液在超声环境下反应，形成含有纳米粒子的悬浊液，然后离心，倒掉上清液，加入去离子水，使纳米粒子重悬，得到活化后的纳米粒子溶液；
2)将基层置于含有多巴胺的Tris缓冲液中，磁力搅拌后，用去离子水清洗，然后干燥处理，得到表面沉积聚多巴胺层的基层；
3)将表面沉积有聚多巴胺层的基层置于活化后的纳米粒子溶液中浸泡，然后用去离子水清洗，干燥处理，得到表面固定有纳米粒子的基层，即为抗菌纳米合成及抗菌涂层。
步骤1)中，聚季铵盐选自聚二烯二甲基氯化铵、聚[(氧亚乙基-二甲基亚氨基-亚乙基-二甲基亚氨基-亚乙基)二氯化物]、N,N,N-三甲基-2-(2-甲基-1-氧代-2-丙烯基氧基)乙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物中的一种。
聚丙烯酸溶液与聚季铵盐溶液反应超声时间为1～5min，超声温度10～70℃；聚丙烯酸的浓度为0.025～0.5mg/ml，聚季铵盐的浓度为0.025～0.5mg/ml。
步骤1)中，聚丙烯酸溶液与聚季铵盐溶液反应方式包括聚丙烯酸溶液逐滴滴入聚季铵盐溶液中和/或聚季铵盐溶液逐滴滴入聚丙烯酸溶液中。
步骤1)中，离心后，离心管通过去离子水清洗出去未反应的聚丙烯酸或聚季铵盐，再通过超声使粘附在离心管内壁的纳米粒子重新悬浮在溶剂中，超声时间4～24h。
步骤2)中，多巴胺的浓度为1～5mg/ml，磁力搅拌时间为8～24h，干燥温度为20～50℃，干燥时间为8～24h。
步骤2)中，基层选自钛合金、铝板和SEBS。
步骤3)中，纳米粒子活化时，通过EDC/NHS活化，摩尔质量比n(EDC):n(NHS)＝5:1～2:1，反应时间4～12h。
步骤3)中，浸泡反应的时间为4～24h；干燥的温度为20～50℃，时间为8～24h。
对比例1
钛合金棒材经线切割打磨后，分别用水和乙醇以及丙酮超声清洗，将钛合金基层置于20ml含有40mg多巴胺盐酸盐的Tris缓冲液中，搅拌8h，用去离子水清洗，放入干燥箱中，干燥24h。
实施例1
取1ml浓度为0.25mg/ml的聚丙烯酸溶液逐滴滴入1ml浓度为0.25mg/ml的聚二烯二甲基氯化铵溶液中，在40℃的温度下超声5min，形成悬浊液，离心后，用去离子水清洗离心管，清洗出去未反应的聚丙烯酸或聚二基二甲基氯化铵。随后加入去离子水，超声12h。
钛合金棒材经线切割打磨后，分别用水和乙醇以及丙酮超声清洗，将钛合金基层置于20ml含有40mg多巴胺盐酸盐的Tris缓冲液中，搅拌8h，用去离子水清洗，放入干燥箱中，干燥24h。
将n(EDC):n(NHS)＝2:1的EDC和NHS溶于重悬好的纳米粒子溶液中，静置一晚，然后将表面沉积有聚多巴胺层的基层置于活化后的纳米粒子溶液中浸泡12h，用去离子水清洗，放入干燥箱中，干燥24h。
实施例2
取2ml浓度为0.05mg/ml的聚丙烯酸溶液逐滴滴入5ml浓度为0.15mg/ml的聚[(氧亚乙基-二甲基亚氨基-亚乙基-二甲基亚氨基-亚乙基)二氯化物]溶液中，在40℃的温度下超声5min,形成悬浊液，离心后，用去离子水清洗离心管，清洗出去未反应的聚丙烯酸或聚[(氧亚乙基-二甲基亚氨基-亚乙基-二甲基亚氨基-亚乙基)二氯化物]，然后，加入去离子水，超声12h。
钛合金棒材经线切割打磨后，分别用水和乙醇以及丙酮超声清洗，将钛合金基层置于20ml含有40mg多巴胺的Tris缓冲液中，搅拌8h，用去离子水清洗，放入干燥箱中，干燥24h。
将n(EDC):n(NHS)＝4:1的EDC和NHS溶于重悬好的纳米粒子溶液中，静置一晚，然后将表面沉积有聚多巴胺层的基层置于活化后的纳米粒子溶液中浸泡12h，用去离子水清洗，放入干燥箱中，干燥24h。
实施例3
取2ml浓度为0.025～0.25mg/ml的聚丙烯酸溶液逐滴滴入2.5ml浓度为0.025～0.25mg/ml的N,N,N-三甲基-2-(2-甲基-1-氧代-2-丙烯基氧基)乙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物溶液中，在10～70℃的温度下超声1～5min,形成悬浊液，离心后，用去离子水清洗离心管，清洗出去未反应的N,N,N-三甲基-2-(2-甲基-1-氧代-2-丙烯基氧基)乙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物，然后，加入去离子水，超声4～24h。
钛合金棒材经线切割打磨后，分别用水和乙醇以及丙酮超声清洗，将钛合金基层置于20ml含有20～100mg多巴胺的Tris缓冲液中，搅拌8～24h，用去离子水清洗，放入干燥箱中，干燥8～24h。
将n(EDC):n(NHS)＝2:1的EDC和NHS溶于重悬好的纳米粒子溶液中，静置一晚，然后将表面沉积有聚多巴胺层的基层置于活化后的纳米粒子溶液中浸泡12～24h，用去离子水清洗，放入干燥箱中，干燥8～24h。
实施例4
取2ml浓度为0.25mg/ml的聚丙烯酸溶液逐滴滴入2ml浓度为0.1mg/ml的聚二烯二甲基氯化铵溶液中，在60℃的温度下超声5min，形成悬浊液，离心后，用去离子水清洗离心管，清洗出去未反应的聚丙烯酸或聚二基二甲基氯化铵。随后加入去离子水，超声18h。
铝板切成片状后，分别用水和乙醇以及丙酮超声清洗，将铝片基层置于20ml含有40mg多巴胺盐酸盐的Tris缓冲液中，搅拌8h，用去离子水清洗，放入干燥箱中，干燥24h。
将n(EDC):n(NHS)＝5:1的EDC和NHS溶于重悬好的纳米粒子溶液中，静置一晚，然后将表面沉积有聚多巴胺层的基层置于活化后的纳米粒子溶液中浸泡12h，用去离子水清洗，放入干燥箱中，干燥24h。
实施例5
取1ml浓度为0.25mg/ml的聚丙烯酸溶液逐滴滴入2ml浓度为0.25mg/ml的聚二烯二甲基氯化铵溶液中，在30℃的温度下超声1min，形成悬浊液，离心后，用去离子水清洗离心管，清洗出去未反应的聚丙烯酸或聚二基二甲基氯化铵。随后加入去离子水，超声12h。
将制备好的SEBS薄膜切成片，分别用水和乙醇以及丙酮超声清洗，将SEBS基层置于20ml含有20mg多巴胺盐酸盐的Tris缓冲液中，搅拌24h，用去离子水清洗，放入干燥箱中，干燥24h。
将n(EDC):n(NHS)＝3:1的EDC和NHS溶于重悬好的纳米粒子溶液中，静置一晚，然后将表面沉积有聚多巴胺层的基层置于活化后的纳米粒子溶液中浸泡12h，用去离子水清洗，放入干燥箱中，干燥24h。
表1本发明对比例及实施例1～5得到的功能涂层抑菌测试结果
对比例1 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
大肠杆菌 12.3％ 98.5％ 96.2％ 97.4％ 98.2％ 97.9％
金黄色葡萄球菌 15.6％ 97.3％ 94.2％ 96.4％ 97.1％ 97.2％
如图1可知，通过对比例和实施例的细菌培养板结果对照可知，本发明制备得到的纳米粒子具有较好的抗菌性能。

Claims (9)

1.一种抗菌纳米合成及抗菌涂层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将聚丙烯酸溶液与聚季铵盐溶液在超声环境下反应，形成含有纳米粒子的悬浊液，然后离心，倒掉上清液，加入去离子水，使纳米粒子重悬，得到活化后的纳米粒子溶液；
2)将基层置于含有多巴胺的Tris缓冲液中，磁力搅拌后，用去离子水清洗，然后干燥处理，得到表面沉积聚多巴胺层的基层；
3)将表面沉积有聚多巴胺层的基层置于活化后的纳米粒子溶液中浸泡，然后用去离子水清洗，干燥处理，得到表面固定有纳米粒子的基层，即为抗菌纳米合成及抗菌涂层。
2.根据权利要求1所述的一种抗菌纳米合成及抗菌涂层的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述的聚季铵盐选自聚二烯二甲基氯化铵、聚[(氧亚乙基-二甲基亚氨基-亚乙基-二甲基亚氨基-亚乙基)二氯化物]、N,N,N-三甲基-2-(2-甲基-1-氧代-2-丙烯基氧基)乙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种抗菌纳米合成及抗菌涂层的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述的聚丙烯酸溶液与聚季铵盐溶液反应超声时间为1～5min，超声温度10～70℃；所述的聚丙烯酸的浓度为0.025～0.5mg/ml，聚季铵盐的浓度为0.025～0.5mg/ml。
4.根据权利要求1所述的一种抗菌纳米合成及抗菌涂层的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述的聚丙烯酸溶液与聚季铵盐溶液反应方式包括聚丙烯酸溶液逐滴滴入聚季铵盐溶液中和/或聚季铵盐溶液逐滴滴入聚丙烯酸溶液中。
5.根据权利要求1所述的一种抗菌纳米合成及抗菌涂层的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述的离心后，离心管通过去离子水清洗出去未反应的聚丙烯酸或聚季铵盐，再通过超声使粘附在离心管内壁的纳米粒子重新悬浮在溶剂中，超声时间4～24h。
6.根据权利要求1所述的一种抗菌纳米合成及抗菌涂层的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述的多巴胺的浓度为1～5mg/ml，磁力搅拌时间为8～24h，干燥温度为20～50℃，干燥时间为8～24h。
7.根据权利要求1所述的一种抗菌纳米合成及抗菌涂层的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述的基层选自钛合金、铝板和SEBS。
8.根据权利要求1所述的一种抗菌纳米合成及抗菌涂层的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述的纳米粒子活化时，通过EDC/NHS活化，摩尔质量比n(EDC):n(NHS)＝5:1～2:1，反应时间4～12h。
9.根据权利要求1所述的一种抗菌纳米合成及抗菌涂层的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述的浸泡反应的时间为4～24h；所述的干燥的温度为20～50℃，时间为8～24h。
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