CN112442278B

CN112442278B - 一种生物医用的多功能纳米纤维膜制备方法

Info

Publication number: CN112442278B
Application number: CN202011293924.7A
Authority: CN
Inventors: 赵磊
Original assignee: Yancheng Institute of Industry Technology
Current assignee: Hefei Longzhi Electromechanical Technology Co ltd; Hubei Elong Industry And Trade Co ltd
Priority date: 2020-11-18
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2022-02-22
Anticipated expiration: 2040-11-18
Also published as: CN112442278A

Abstract

本发明公开了一种生物医用的多功能纳米纤维膜制备方法。(1)利用胶原纤维协同纳米微晶纤维增强纳米纤维膜的防紫外线功能。(2)利用可溶性大豆多糖增强甘油中极性基团与水分子相互作用；促进胶原纤维在水中的分散；增加成膜的热稳定性；并协同百里香蜂蜜共同增强促进伤口愈合的作用。(3)利用微晶纤维素的分散性，抑制百里香蜂蜜的结晶。(4)利用胶原纤维分子之间的自交联作用，可溶性大豆多糖分子之间的自交联作用，以及可溶性大豆多糖分子与胶原纤维之间的氢键作用，增加致密性，提高了纤维膜的强度。(5)利用百里香蜂蜜的抑菌性，与可溶性大豆多糖协同增强纳米纤维膜的抑菌性。

Description

一种生物医用的多功能纳米纤维膜制备方法

技术领域

本发明涉及纳米纤维膜技术领域，具体为一种生物医用的多功能纳米纤维膜制备方法。

背景技术

胶原纤维膜是一种主要含有胶原蛋白的纤维，其广泛分布在各种表皮组织中。并且具有优异的生物安全性和较强的亲和力。以其为主要原料制备的纤维膜，可以应用在生物医用领域，比如伤口敷料等。

单独以胶原纤维制备的纤维膜会由于空隙结构使得机械强度较弱，限制了一定的应用范围；另外，人们会使用一些聚合物来提高纤维膜的强度，但存在破坏胶原纤维本身螺旋结构的问题；同时胶原纤维本身不具有抑菌性，若使用在伤口等地方会存在细菌感染的问题，最常用的手段是增加金属纳米粒子来抑菌，但由于纳米粒子的粒径较小，扩散到体内，身体亚健康的人会存在健康风险；此外，一般制备的纳米纤维膜都不会具有防紫外线的功能，限制了其的应用，因此，解决上述问题，制备一种生物医用具有抑菌、防紫外线双功能的纳米纤维膜具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物医用的多功能纳米纤维膜制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种生物医用的多功能纳米纤维膜，纳米纤维膜包括以下成分：按重量计，胶原纤维45～60份、微晶纤维素10～30份、可溶性大豆多糖20～50份、甘油为1～5份。

较为优化地，所述胶原纤维经过研磨、冻干处理。

较为优化地，所述微晶纤维素的尺寸为90～180μm。

较为优化地，所述纳米纤维膜的厚度为0.08mm～1.2mm。

较为优化地，一种生物医用的多功能纳米纤维膜制备方法，包括以下步骤：(1)微晶纤维素的预处理；(2)纳米纤维膜的制备。

较为优化地，包括以下步骤：

(1)微晶纤维素的预处理：将称取的微晶纤维素超声分散在浓度为60％的硫酸溶液中，设置温度为40～50℃，反应1～5小时；用氢氧化钠溶液中和，过滤，去离子水充分洗涤，洗至pH＝7，烘干；将处理后的微晶纤维素浸泡在称取的百里香蜂蜜中，设置搅拌速度为100～180rmp，搅拌8～10小时，使用高压均质机均质处理30分钟，得到微晶纤维素悬浮液，备用；

(2)纳米纤维膜的制备：将称取的可溶性大豆多糖于80～90℃下溶解在去离子水中，搅拌1小时；加入称取的胶原纤维，搅拌15～30分钟；加入称取的甘油，缓慢滴加微晶纤维素悬浮液；设置加热温度，搅拌1～3小时；最后成膜脱气，倒入平整的塑料培养皿中，于60℃下干燥12小时，得到纳米纤维素膜。

本技术方案中，以胶原纤维为主体，甘油为交联剂，加入可溶性大豆多糖和微晶纤维素、百里香蜂蜜制备一种生物医用的多功能纳米纤维膜，使其具有优异的抑菌和防紫外线双功能。

首先，胶原纤维是一种由甘氨酸、络氨酸、苯丙氨酸等19中氨基酸组成的组装型纤维，其可以通过分子间的交联形成分层交织的三螺旋结构链。而链与链之间具有强烈的氢键和范德华力，使其具有一定拉伸强度。本方案中使用溶剂浇铸制备纤维膜，但由于溶剂浇铸制备的纤维膜会因为分子间结合力较弱影响膜的强度，从而限制膜的使用范围，因此，加入甘油作为增塑剂来增强胶原纤维之间的分子结合力，增强纤维膜的柔韧性和机械性能。同时，还存在甘油中极性基团与水分子相互作用力弱，胶原纤维不溶于水的问题。因此，加入可溶性大豆多糖来解决存在的问题。另外，其含有的络氨酸和苯丙氨酸残基具有紫外吸收功能，赋予纳米纤维膜防紫外线的功能。

其次，可溶性大豆多糖是一种水溶性膳食纤维，对人体无害，具有良好的亲水性和亲油性，因此，可以增强甘油中极性基团与水分子相互作用；可以促进胶原纤维在水中的分散；其的掺入还可以增加成膜的热稳定性；用于伤口处时可以促进伤口的愈合。具体：其与胶原纤维分子间形成氢键，降低胶原纤维膜的溶胀程度，使其用于伤口处时，抑制对多余液体的吸收，可以抑制伤口中水分的流失，控制表皮生长因子的释放，加速伤口的愈合。

另外，膜的力学性能很大程度取决于分子间的分布和密度，本方案中，可溶性大豆多糖的掺入，由于自身分子的交联，以及与胶原纤维之间的氢键作用，再加上胶原纤维分子之间的自交联。以三螺旋结构为主链，三重反应，增加了致密性，提高了纤维膜的强度。

最后，我们加入了百里香蜂蜜作为抑菌剂，我们并未添加常用的金属纳米粒子赋予纤维膜抑菌性，原因是纳米粒子尺寸较小，用于伤口处，存扩散到体内的问题，会威胁到使用人的健康问题，不适用金属纳米粒子可以直接阻断影响健康的可能性。

百里香蜂蜜具有抗菌、非过敏、止血性强等特性，其含有葡萄糖酸、卡伐洛尔、百里香酚等成份，细菌的细胞质膜极易在卡伐洛尔和百里香酚之间的脂质酰基链中溶解，从而产生抗菌性；其中含有的葡萄糖酸具有一定的酸性，可以有效抑制伤口上生物膜的形成，进而抑制细菌的感染，也可以诱导促进血红蛋白的释放，增加伤口愈合能力。但其存在粘度较大，易结晶的问题，因此我们加入了微晶纤维。

微晶纤维素是一种广泛应用在保健食品中的添加剂，对人体无害。首先我们通过酸水解将微晶纤维素制备成纳米微晶纤维素，而纳米级别的微晶纤维素具有防紫外线功能，协同胶原纤维，增强纳米纤维膜的防紫外线功能。然后我们将其与百里香蜜形成悬浮液，利用微晶纤维素的分散性，有效抑制百里香蜂蜜的结晶，从而使得百里香蜂蜜均匀分布在纳米纤维膜中，而百里香蜂蜜使得微晶纤维素的吸湿率增加，从而抑制感染细菌的渗透，减少了伤口表面水分的蒸发，从而加快愈合。与可溶性大豆多糖协同，增强纳米纤维膜的抑菌性。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明(1)利用胶原纤维络氨酸和苯丙氨酸具有紫外吸收功能，协同纳米微晶纤维增强纳米纤维膜的防紫外线功能。(2)利用可溶性大豆多糖增强甘油中极性基团与水分子相互作用；促进胶原纤维在水中的分散；增加成膜的热稳定性；并协同百里香蜂蜜共同促进伤口愈合的作用。(3)利用微晶纤维素的分散性，抑制百里香蜂蜜的结晶。(4)利用胶原纤维分子之间的自交联作用，可溶性大豆多糖分子之间的自交联作用，以及可溶性大豆多糖分子与胶原纤维之间的氢键作用，三重反应，增加了致密性，提高了纤维膜的强度。(5)利用百里香蜂蜜的抑菌性，与可溶性大豆多糖协同增强纳米纤维膜的抑菌性。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

(1)微晶纤维素的预处理：将称取的微晶纤维素超声分散在浓度为60％的硫酸溶液中，设置温度为40℃，反应1小时；用氢氧化钠溶液中和，过滤，去离子水充分洗涤，洗至pH＝7，烘干；将处理后的微晶纤维素浸泡在称取的百里香蜂蜜中，设置搅拌速度为100rmp，搅拌8小时，使用高压均质机均质处理30分钟，得到微晶纤维素悬浮液，备用；

(2)纳米纤维膜的制备：将称取的可溶性大豆多糖于80℃下溶解在去离子水中，搅拌1小时；加入称取的胶原纤维，搅拌15分钟；加入称取的甘油，缓慢滴加微晶纤维素悬浮液；设置加热温度，搅拌1小时；最后成膜脱气，倒入平整的塑料培养皿中，于60℃下干燥12小时，得到纳米纤维素膜。

本实施例中，所述纳米纤维膜包括以下成分：按重量计，胶原纤维45份、微晶纤维素10份、可溶性大豆多糖20份、甘油为1份。

步骤(1)中，氢氧化钠的浓度为0.3mol/L。处理后的微晶纤维素的尺寸为200nm。百里香蜂蜜的浓度0.25kg/L。

步骤(2)中，加热温度为40℃。

实施例2：

(1)微晶纤维素的预处理：将称取的微晶纤维素超声分散在浓度为60％的硫酸溶液中，设置温度为50℃，反应5小时；用氢氧化钠溶液中和，过滤，去离子水充分洗涤，洗至pH＝7，烘干；将处理后的微晶纤维素浸泡在称取的百里香蜂蜜中，设置搅拌速度为180rmp，搅拌10小时，使用高压均质机均质处理30分钟，得到微晶纤维素悬浮液，备用；

(2)纳米纤维膜的制备：将称取的可溶性大豆多糖于90℃下溶解在去离子水中，搅拌1小时；加入称取的胶原纤维，搅拌30分钟；加入称取的甘油，缓慢滴加微晶纤维素悬浮液；设置加热温度，搅拌3小时；最后成膜脱气，倒入平整的塑料培养皿中，于60℃下干燥12小时，得到纳米纤维素膜。

本实施例中，所述纳米纤维膜包括以下成分：按重量计，胶原纤维60份、微晶纤维素30份、可溶性大豆多糖50份、甘油为5份。

步骤(1)中，氢氧化钠的浓度为0.5mol/L。处理后的微晶纤维素的尺寸为50nm。百里香蜂蜜的浓度0.95kg/L。

步骤(2)中，加热温度为60℃。

实施例3：

(1)微晶纤维素的预处理：将称取的微晶纤维素超声分散在浓度为60％的硫酸溶液中，设置温度为45℃，反应2.5小时；用氢氧化钠溶液中和，过滤，去离子水充分洗涤，洗至pH＝7，烘干；将处理后的微晶纤维素浸泡在称取的百里香蜂蜜中，设置搅拌速度为140rmp，搅拌9小时，使用高压均质机均质处理30分钟，得到微晶纤维素悬浮液，备用；

(2)纳米纤维膜的制备：将称取的可溶性大豆多糖于85℃下溶解在去离子水中，搅拌1小时；加入称取的胶原纤维，搅拌28分钟；加入称取的甘油，缓慢滴加微晶纤维素悬浮液；设置加热温度，搅拌2小时；最后成膜脱气，倒入平整的塑料培养皿中，于60℃下干燥12小时，得到纳米纤维素膜。

本实施例中，所述纳米纤维膜包括以下成分：按重量计，胶原纤维52份、微晶纤维素20份、可溶性大豆多糖35份、甘油为2.5份。

步骤(1)中，氢氧化钠的浓度为0.4mol/L。处理后的微晶纤维素的尺寸为125nm。百里香蜂蜜的浓度0.6kg/L。

步骤(2)中，加热温度为50℃。

实施例4：

(1)微晶纤维素的预处理：将称取的微晶纤维素去离子水充分洗涤，烘干；将处理后的微晶纤维素浸泡在称取的百里香蜂蜜中，设置搅拌速度为140rmp，搅拌9小时，使用高压均质机均质处理30分钟，得到微晶纤维素悬浮液，备用；

本实施例中，不酸水解微晶纤维素制备纳米微晶纤维素，其他与实施例3相同。

所述纳米纤维膜包括以下成分：按重量计，胶原纤维52份、微晶纤维素20份、可溶性大豆多糖35份、甘油为2.5份。

步骤(1)中，百里香蜂蜜的浓度0.6kg/L。

步骤(2)中，加热温度为50℃。

实施例5：

(1)将称取的百里香蜂蜜中，设置搅拌速度为140rmp，搅拌9小时，使用高压均质机均质处理30分钟，备用；

(2)纳米纤维膜的制备：将称取的可溶性大豆多糖于85℃下溶解在去离子水中，搅拌1小时；加入称取的胶原纤维，搅拌28分钟；加入称取的甘油，缓慢滴加处理的百里香蜂蜜；设置加热温度，搅拌2小时；最后成膜脱气，倒入平整的塑料培养皿中，于60℃下干燥12小时，得到纳米纤维素膜。

本实施例中，本实施例中，不加微晶纤维素，其他与实施例3相同。

所述纳米纤维膜包括以下成分：按重量计，胶原纤维52份、可溶性大豆多糖35份、甘油为2.5份。

步骤(1)中，百里香蜂蜜的浓度0.6kg/L。

步骤(2)中，加热温度为50℃。

实施例6：

(2)纳米纤维膜的制备：将溶解在去离子水中预热至85℃下，加入称取的胶原纤维，搅拌88分钟；加入称取的甘油，缓慢滴加微晶纤维素悬浮液；设置加热温度，搅拌2小时；最后成膜脱气，倒入平整的塑料培养皿中，于60℃下干燥12小时，得到纳米纤维素膜。

本实施例中，本实施例中，不加可溶性大豆多糖，其他与实施例3相同。

所述纳米纤维膜包括以下成分：按重量计，胶原纤维52份、微晶纤维素20份、甘油为2.5份。

步骤(2)中，加热温度为50℃。

实施例7：

(1)微晶纤维素的预处理：将称取的微晶纤维素超声分散在浓度为60％的硫酸溶液中，设置温度为45℃，反应2.5小时；用氢氧化钠溶液中和，过滤，去离子水充分洗涤，洗至pH＝7，烘干；将处理后的微晶纤维素浸泡去离子水中，设置搅拌速度为140rmp，搅拌9小时，使用高压均质机均质处理30分钟，得到微晶纤维素悬浮液，备用；

本实施例中，本实施例中，不加百里香蜜，其他与实施例3相同。

步骤(1)中，氢氧化钠的浓度为0.4mol/L。处理后的微晶纤维素的尺寸为125nm。

步骤(2)中，加热温度为50℃。

实验：取实施例1～7制备的一种生物医用的多功能纳米纤维膜，测试其力学性能、抑菌性、防紫外线性能。

实验1：参照专利CN201510114478.1中力学性能测试的法案，将制备的纳米纤维膜剪成宽为10mm，长为80mm的长条，置于温度为23℃，湿度为50％的环境下，设定拉伸实验仪器的张力为2N。以10mm/min的恒定伸长速度拉伸试样直至断裂，按照拉伸强度＝断裂强力/(长条的宽×长条厚)的公式测得拉伸强度，结果如表1所示：

实验2：参照GB/T20944.3-2008振荡法，将实施例1～7中所制备的纳米纤维膜，剪成10mm×10mm，通过振荡烧瓶法对针对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的混合菌落，进行抑菌性能测试，所得结果如表1所示：

实验3：将实施例1～7中所制备的纳米纤维膜，剪取2mm×2mm，设定波长范围为100～800nm，使用紫外分光光度计测量紫外线头过滤，所得结果如表1所示：

表1

对比实施例1～3的实验数据，可以发现所制备纳米纤维膜，具有较高的拉伸强度，并具抑菌率大于95％，紫外透过率小于25％，有防紫外线和抑菌性双功能。当然拉伸强度和紫外透过率的数据中可以看出有差距，这是配方配比和制备工艺使用材料的浓度所带来的差距，优选方案为实施例3。

将实施例4、实施例5与实施例3对比，可以发现未将微晶纤维素酸水解制成纳米微晶纤维的实施例4，紫外透过率上升了22％，其他数据差异不大，表明纳米微晶纤维确实能协同胶原纤维增强纳米纤维膜的防紫外线功能。而未加微晶纤维的实施例5，从纤维素膜表观上较其他纳米纤维膜粗糙程度更大，我们挑选了一块较平的部位测试的，从数据可以看到抑菌率有下降，说明存在抑菌性较薄弱的地方。原因是微晶纤维素的分散性，抑制百里香蜂蜜的结晶。紫外透过率和实施4差不多，这证明了微晶纤维素只有在纳米级别上具有防紫外线的功能。

实施例6为未加可溶性大豆多糖的纳米纤维细胞膜，可以发现膜的拉伸强度有大幅度下降，原因是可溶性大豆多糖增强甘油中极性基团与水分子相互作用；促进胶原纤维在水中的分散，其与胶原纤维之间的氢键作用，可以增强膜的致密性。

实施例7为未加百里香蜂蜜的纳米纤维细胞膜，抑菌性有大幅度下降，但抑菌率任然大于70％，是因为可溶性大豆多糖其本身具有一定抑菌活性。两者具有协同作用。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种生物医用的多功能纳米纤维膜，其特征在于：所述纳米纤维膜包括以下成分：按重量计，胶原纤维45~60份、微晶纤维素10~30份、可溶性大豆多糖20~50份、甘油为1~5份；

制备方法：

（1）微晶纤维素的预处理：将称取的微晶纤维素超声分散在浓度为60%的硫酸溶液中，设置温度为40~50℃，反应1~5小时；用氢氧化钠溶液中和，过滤，去离子水充分洗涤，洗至pH=7，烘干；将处理后的微晶纤维素浸泡在浓度为0.25~0.95kg/L百里香蜂蜜中，设置搅拌速度为100~180rmp，搅拌8~10小时，使用高压均质机均质处理30分钟，得到微晶纤维素悬浮液，备用；

（2）纳米纤维膜的制备：将称取的可溶性大豆多糖于80~90℃下溶解在去离子水中，搅拌1小时；加入称取的胶原纤维，搅拌15~30分钟；加入称取的甘油，缓慢滴加微晶纤维素悬浮液；设置加热温度40~60℃，搅拌1~3小时；最后成膜脱气，倒入平整的塑料培养皿中，于60℃下干燥12小时，得到纳米纤维素膜。

2.根据权利要求1所述的一种生物医用的多功能纳米纤维膜，其特征在于：所述胶原纤维经过研磨、冻干处理。

3.根据权利要求1所述的一种生物医用的多功能纳米纤维膜，其特征在于：所述微晶纤维素的尺寸为90~180μm。

4.根据权利要求1所述的一种生物医用的多功能纳米纤维膜，其特征在于：所述纳米纤维膜的厚度为0.08mm~1.2mm。

5.根据权利要求1所述的一种生物医用的多功能纳米纤维膜，其特征在于：步骤（1）中，氢氧化钠的浓度为0.3~0.5mol/L。

6.根据权利要求1所述的一种生物医用的多功能纳米纤维膜，其特征在于：步骤（1）中，处理后的微晶纤维素的尺寸为50~200nm。