CN112220923B - 一种基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法，其中，一种基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法，其包括，制备竹黄粉末；将所述竹黄粉末加入培养液中，混合均匀，添加至培养板中；接种木醋杆菌，培养一定时间后进行翻面再培养，取出清洗后即得光敏抗菌复合材料。所述制备竹黄粉末，其为将去除茎秆等杂质的竹黄放入搅拌器中，搅拌10～15min得到竹黄粉末，过100～250目的筛网筛得竹黄粉末。本发明通过BC膜与竹黄粉末在BC膜培养过程中进行复合，在制备过程中能够不使用有机溶剂，并且原料相对便宜，降低了成本，制备过程更加简单和环保。

Description

一种基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于光敏抗菌复合材料技术领域，具体涉及一种基于细菌纤维素的 光敏抗菌复合材料的制备方法。
背景技术
细菌纤维素作为一种化学性质与植物纤维素类似的超细纳米纤维，它的物 理化学性能优异，具有大的比表面积、高结晶度、良好的机械性能和持水率等。 并且有细菌纤维素所形成的天然纤维素膜具有很好的柔韧性和良好的生物相 容性，已被广泛应用于生物医疗方面，例如人造皮肤、人造血管和伤口敷料等， 将BC膜与卟啉、竹红菌素等光敏剂结合制备光敏抗菌材料。
光动力疗法(Photodynamic Therapy,PDT)是近年来发展较快的物理化学 治疗技术，其基本原理是光敏剂在特定波长光源的激发下进行能力跃迁，随后 将能量转移给生物体内的氧，后者形成单线态氧、自由基或自由离子等，它们 作用于靶细胞，引起细胞死亡或凋亡。PDT具备有效、可协同性、重复性和相 对低成本等优点，具有良好的发展前景。
竹红菌素是我国特有的一类生物资源，是一种优良的光动力学治疗制剂， 具有抗炎、阵痛、抗菌、抗病毒、抗增殖以及诱导癌细胞凋亡的作用。竹红菌 素是3,10-二羟基4，9-茈醌类衍生物，包括竹红菌甲素(hypocrel-linA，HA)、 竹红菌乙素(hypocrel-linB,HB)和竹红菌素的几十种衍生物。但竹红菌素的提 取比较困难，采用1g竹黄粉末加入30mL无水乙醇，60℃下冷凝回流2h的 提取工艺，竹红菌素的提取率仅为4.45mg/g，并且竹红菌素购买价格昂贵。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较 佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或 省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略 不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述的技术缺陷，提出了本发明。本发明通过BC膜与竹黄粉末在BC 膜培养过程中进行复合，在制备过程中能够不使用有机溶剂，并且原料相对便 宜，降低了成本，制备过程更加简单和环保。
因此，作为本发明其中一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提 供一种基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种基于细菌纤维素 的光敏抗菌复合材料的制备方法，其包括，制备竹黄粉末；将所述竹黄粉末加 入培养液中，混合均匀，添加至培养板中；接种木醋杆菌，培养一定时间后进 行翻面再培养，取出清洗后即得光敏抗菌复合材料。
作为本发明所述的基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法的优 选方案，其中：所述制备竹黄粉末，其为将去除茎秆等杂质的竹黄放入粉碎机 中，搅拌10～15min得到竹黄粉末，过100～250目的筛网筛得竹黄粉末。
作为本发明所述的基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法的优 选方案，其中：所述将所述竹黄粉末加入培养液中，混合均匀，其为将酵母浸 膏、胰蛋白胨、甘露醇溶于水，制备木醋杆菌发酵培养液，加入一定比例的竹 黄粉末，振荡混匀，高温高压灭菌。
作为本发明所述的基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法的优 选方案，其中：所述木醋杆菌发酵培养液中所述酵母浸膏3g/L，胰蛋白胨5g/L， 甘露醇25g/L；所述竹黄粉末与所述木醋杆菌发酵培养液的比例为5g/L；所 述高温高压灭菌的条件为121℃，0.103MPa，灭菌时间为15min。
作为本发明所述的基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法的优 选方案，其中：所述添加至培养板中，其为将混合均匀后的混合溶液移至24 孔板中，每孔中移取1mL混合溶液。
作为本发明所述的基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法的优 选方案，其中：所述培养一定时间，其避光在25～30℃下培养在3～4天。
作为本发明所述的基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法的优 选方案，其中：所述再培养，其为避光在25～30℃下培养在5～7天。
作为本发明所述的基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法的优 选方案，其中：所述清洗，其为用去离子水在70～80℃的条件下水浴3-5天。
作为本发明所述的基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法的优 选方案，其中：还包括冷冻干燥处理。
作为本发明所述的基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法的优 选方案，其中：所述冷冻干燥，其为用锡纸包好后，放入冷冻机中在-50℃下 处理3-4小时，然后放入冻干机中，进行冷冻干燥7-8小时，得到冷冻干燥后 的竹黄粉末/BC复合材料。
本发明的有益效果：
与现有技术相比，本发明通过BC膜与竹黄粉末在BC膜培养过程中进行 复合，在制备过程中能够不使用有机溶剂，并且原料相对便宜，降低了成本， 制备过程更加简单和环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需 要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的 一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下， 还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为竹黄粉末/BC复合膜凝胶态外观；
图2为竹黄粉末/BC复合材料的纵切面图，在100倍和300倍的扫描电镜 下可以看出竹黄粉末是被夹在BC膜中间；
图3为同倍数下竹黄粉末与竹黄粉末/BC复合材料的扫描电镜，通过比对 5000倍的扫描电镜下的竹黄粉末和竹黄粉末/BC膜，可以看出竹黄粉末被细菌 纤维素的纤维缠结住，竹黄粉末能够良好地结合在BC膜上；
图4为制备的光敏抗菌复合材料的抗菌效果图；
图5为实施例2复合材料的电镜图；
图6为实施例3的复合材料扫描电镜图；
图7为实施例4复合材料的扫描电镜图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实 施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明 还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不 违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例 的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少 一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在 一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施 例互相排斥的实施例。
实施例1：
将竹黄去茎秆等杂质后，放入粉粹机中，搅拌10～25min，得到的竹黄粉 末通过250目的筛网筛选，得到250目的竹黄粉末；
制备木醋杆菌发酵培养液，将酵母浸膏、胰蛋白胨、甘露醇溶于水，培养 液浓度为：酵母浸膏3g/L，胰蛋白胨5g/L，甘露醇25g/L；
制备带有竹黄粉末的木醋杆菌培养液的步骤为：加入一定比例的竹黄粉 末，高温高压灭菌，带有竹黄粉末的木醋杆菌培养液的配方为：按照250目竹 黄粉末与培养液的比例为5g/L振荡均匀，经高温高压灭菌，灭菌温度为 150℃，灭菌时间为15min；
将木醋杆菌(菌种来自维塔公司，型号为ATCC 23767)溶液以1:10的比 例无菌接入带有竹黄粉末的培养液中，震荡均匀，得到接种后的混合培养液； 用移液枪移取混合培养液至24孔板中，每个孔移取1mL混合培养液，将24 孔板避光用锡纸包住在30℃的生化培养箱中避光培养，在3-4天后，观察复合 膜的状态，对24孔板中的初成型的带竹黄粉末细菌纤维素膜进行翻面处理； 将复合膜在无菌条件下进行一次翻面处理，继续避光培养3-4天后，得到竹黄 粉末/BC复合材料；
生长得好的竹黄粉末/BC膜表面无杂菌感染，膜表面光滑呈乳白色状，无 斑点；生长良好的比例占总体的79.2％，生长好坏的影响因素主要在接种菌种 以及对膜进行翻面处理的过程中。将生长状况良好的竹黄粉末/BC膜进行处 理，并用去离子水在80℃的条件下煮练去除BC膜中的杂质和细菌营养物，置 于去离子水中在80℃水浴锅中处理3-5天，在水煮过程中注意避光，处理后进 行冻干处理。
竹黄粉末/BC复合材料的冻干处理具体方法为：将冷却的用去离子水处理 过的竹黄粉末/BC复合材料，用锡纸包好后，放入冷冻机中在-50℃下处理3-4 小时；将冻好的竹黄粉末/BC复合材料放入冻干机中，进行冷冻干燥7-8小时， 得到冷冻干燥后的竹黄粉末/BC复合材料。
抗菌效果：SBH-BC对金黄色葡萄球菌的抗菌效果可通过含琼脂培养基的 平板上的菌落数体现，取0.1mL浓度为1×108～3×108CFU/mL的金黄色葡 萄球菌菌液(PBS缓冲液)接种在各试样上，暗室培养时间是30min，计算得 出，处于暗室的SBH-BC对金黄色葡萄球菌的伤害作用较弱，而在光照(光线 为氙灯光源，光强为65mW/cm2，波长为420-780nm)30min时，其杀菌率达 到98.30％，说明制得的SBH-BC具有光敏抗菌作用。金黄色葡萄球菌属于革兰 氏阳性菌，竹黄粉末中的竹红菌素光照后产生活性氧可对其产生灭活作用。
实施例2：在锥形瓶中培养未经过250目筛网的竹黄粉末/BC膜
将竹黄去茎秆等杂质后，放入粉碎机中，搅拌10～25min，得到的竹黄粉 末；将未经过250目筛网处理的竹黄粉末以5g/L的比例加入木醋杆菌的培养 液中，将木醋杆菌菌液以1:10的比例加入混合溶液，在避光、30℃恒温的条 件下，在100mL的锥形瓶中培养竹黄粉末/BC膜，培养一周左右，选取生长 状况良好的复合膜，膜表面光滑、无杂菌感染，具有一定的厚度，进行处理。 用去离子水在80℃的水浴锅中避光处理3-5天，至BC膜呈乳白色。将处理过 的复合膜进行冻干处理得到竹黄粉末/BC膜的气凝胶。
图4为在1.00k倍数下的扫描电镜，在图中可以看出竹黄粉末颗粒大小不 一，会影响竹黄粉末在BC膜表面分布的均匀性，也会影响该复合材料不同地 方的抗菌效果。
抗菌结果：
Figure BDA0002633578520000051
从抗菌结果看，该复合膜在光照条件下对金黄色葡萄球菌的抗菌效果良 好，在误差棒为0.426％的误差下，金黄色葡萄球菌的存活率为4.043％。
实施例3：在锥形瓶中培养经过250目筛网的竹黄粉末/BC膜
将竹黄去茎秆等杂质后，放入粉粹机中，搅拌10～25min，得到的竹黄粉 末，得到的竹黄粉末通过250目的筛网筛选，得到250目的竹黄粉末；将经过 250目筛网处理的竹黄粉末以5g/L的比例加入木醋杆菌的培养液中，将木醋 杆菌菌液以1:10的比例加入混合溶液，在避光、30℃恒温的条件下，在100mL 的锥形瓶中培养竹黄粉末/BC膜，培养一周左右，选取生长状况良好的复合膜， 膜表面光滑、无杂菌感染，具有一定的厚度，进行处理。用去离子水在80℃的 水浴锅中避光处理3-5天，至BC膜呈半透明。将处理过的复合膜进行冻干处 理得到竹黄粉末/BC膜的气凝胶。
通过图5的扫描电镜可以看出在竹黄粉末/BC膜的表面主要是由散状的纤 维均匀分布形成的，在膜的表面未见有大面积的凝结，该复合膜的透气性和孔 隙率高，有利于竹黄粉末中的成分竹红菌素受光照作用产生的活性氧簇逸出发 挥作用。
实施例4：将竹黄粉末/BC膜用PVa-SbQ进行处理
考虑到在处理过程中竹黄粉末的脱落情况，制备光交联聚乙烯醇-苯乙烯 基吡啶盐缩合物(PVA-SbQ)/(竹黄粉末/细菌纤维素)。对实施案例2中得 到的凝胶状的复合膜用PVA-SbQ进行处理。将实施案例2中得到的凝胶状的 复合膜在20％体系的PVA-SbQ溶液中浸泡15min。取出后，将PVA—SbQ/(竹 黄粉末/BC)混合体系在紫外光(400W)下照射120min以得到光交联PVA— SbQ/(竹黄粉末/BC)复合纳米材料，进行冷冻干燥后得到PVA—SbQ/(竹黄粉末/BC)气凝胶。
通过图6的扫描电镜可以看出，由于PVA—SbQ的处理后，BC膜表面相 对分布较分散的细菌纤维素纤维会结合在一起，虽增加竹黄粉末的结合牢度， 但在一定程度上降低了该复合材料的透气性，不利于该材料光敏抗菌作用的发 挥。竹黄粉末中的竹红菌素受光照作用产生的活性氧簇逸出发挥作用受阻。
抗菌效果
Figure BDA0002633578520000061
从抗菌结果看，竹黄粉末/BC复合膜分别在光照和暗室条件下对金黄色葡 萄球菌进行抗菌实验，在暗室条件下金黄色葡萄球菌的存活率为25.854％，在 光照条件下在误差为0.057％时，金黄色葡萄球菌的存活率为0.051％，可以看 出竹黄粉末/BC复合膜具有优异的抗菌效果。
PVA-SbQ/(竹黄粉末/BC膜)分别在光照和暗室条件下对金黄色葡萄球 菌进行抗菌实验，在暗室条件下金黄色葡萄球菌的存活率为88.462％，在光照 条件下在误差为4.441％时，金黄色葡萄球菌的存活率为43.590％，可以看出 PVA-SbQ/(竹黄粉末/BC膜)复合膜的抗菌效果不理想，这可能是由于PVA —SbQ对竹黄粉末/BC膜的处理阻碍了氧气与竹黄粉末接触和活性氧簇的逸 出。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参 照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可 以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精 神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法，其特征在于：包括，
制备竹黄粉末；
将所述竹黄粉末加入培养液中，混合均匀，添加至24孔板中；
接种木醋杆菌，培养一定时间后进行翻面再培养，取出清洗后即得光敏抗菌复合材料；
所述将所述竹黄粉末加入培养液中，混合均匀，其为将酵母浸膏、胰蛋白胨、甘露醇溶于水，制备木醋杆菌发酵培养液，加入一定比例的竹黄粉末，振荡混匀，高温高压灭菌；
所述木醋杆菌发酵培养液中所述酵母浸膏3g/L，胰蛋白胨5g/L，甘露醇25g/L；所述竹黄粉末与所述木醋杆菌发酵培养液的比例为5g/L；所述高温高压灭菌的条件为121℃，0.103MPa，灭菌时间为15min。
2.如权利要求1所述的基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备竹黄粉末，其为将去除杂质的竹黄放入粉碎机中，搅拌10～15min得到竹黄粉末，过100～250目的筛网筛得竹黄粉末。
3.如权利要求1所述的基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法，其特征在于：所述添加至培养板中，其为将混合均匀后的混合溶液移至24孔板中，每孔中移取1mL混合溶液。
4.如权利要求1～3中任一所述的基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法，其特征在于：所述培养一定时间，其避光在25～30℃下培养在3～4天。
5.如权利要求1所述的基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法，其特征在于：所述再培养，其为避光在25～30℃下培养在5～7天。
6.如权利要求1～3或5中任一所述的基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法，其特征在于：所述清洗，其为用去离子水在70～80℃的条件下水浴3-5天。
7.如权利要求1～3或5中任一所述的基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法，其特征在于：还包括冷冻干燥处理。
8.如权利要求7所述的基于细菌纤维素的光敏抗菌复合材料的制备方法，其特征在于：所述冷冻干燥，其为用锡纸包好后，放入冷冻机中在-50℃下处理3-4小时，然后放入冻干机中，进行冷冻干燥7-8小时，得到冷冻干燥后的竹黄粉末/BC复合材料。
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