CN112647193B - 一种电子束辐照交联过氧化钙-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的制备方法 - Google Patents

一种电子束辐照交联过氧化钙-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电子束辐照交联过氧化钙‑碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的制备方法，包括以下步骤：S1:CaO2纳米颗粒的制备；S2:碳量子点溶液的制备；S3:电子束辐照交联玉米醇溶蛋白碳量子点溶液，添加CaO2材料，均匀混合作为纺丝液，将纺丝液进行电纺形成纤维膜。本发明在制备过程中利用电子束提供能量，将玉米醇溶蛋白纤维膜交联改性，可以提高纤维膜的耐溶剂性和水稳定性。碳量子点和CaO2材料的加入极大的提高了纤维膜的抗菌性能，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均体现出优异的抑制作用，具有广阔的应用前景。

Description

一种电子束辐照交联过氧化钙-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌 膜的制备方法
技术领域
本发明涉及生物医药领域，具体是一种电子束辐照交联过氧化钙-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的制备方法。
背景技术
伤口护理经常受到细菌和其他微生物引起的伤口感染加剧的挑战，并延缓伤口愈合。通常，慢性不愈合伤口使皮肤经常暴露于细菌和微生物中，这些细菌和微生物可能通过诱导强烈的炎症反应而中断自然的生理愈合过程。因此，需要抗感染的伤口敷料用于伤口愈合。此外，成功的伤口辅料还应具有出色的皮肤相容性，并能够加速愈合过程。
过氧化钙，在湿空气或水中会逐渐缓慢地分解，生成H2O2并释放氧气。过氧化氢被广泛认为是有效的杀菌剂，除其他应用领域外，还广泛用于口腔保健产品中。通过蛋白质的氧化，过氧化氢产生的氧自由基可有效杀死细菌并防止生物膜形成。即使在低浓度下，H2O2也可以通过抑制糖酵解和抑制生物膜调节基因来限制生物膜的发育。特别是在骨科中，H2O2 的局部应用可以在植入物周围实现相对较高的水平而无全身毒性。
玉米蛋白作为天然聚合物，约占玉米谷物总蛋白质的80％，主要由氨基酸组成。玉米醇溶蛋白因其良好的生物降解性，生物相容性，柔韧性，无毒，抗氧化活性和高度微生物作用，已被用作医学和其他应用（如伤口敷料，药物输送系统和组织工程支架）的理想材料。然而，尽管玉米醇溶蛋白有许多优点，但水稳定性较差，这进一步限制了其应用。
电子束辐照，通过辐射使大分子聚合物主链断裂和交联，从而改变聚合物物理性质。通过辐射交联，能有效改善高聚物的可溶性，使其不溶于无机和有机溶剂，对其后续应用提供便利。
发明内容
本发明提供了一种电子束辐照交联过氧化钙-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的制备方法,以填补该领域的空白。
本发明采用了如下的技术方案。
一种电子束辐照交联过氧化钙-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的制备方法，包括以下步骤：
S1: 制备CaO2： 将氨溶液和PEG 200添加到CaCl2溶液中并搅拌均匀，氨溶液和PEG200的质量比为 (0.9-1.1) :8，氨溶液和CaCl2溶液的质量比为 (0.9-1.1) :2。然后以3滴每分钟的速度将15mL 30% H2O2溶液逐滴加入上述混合液中搅拌2-3 h；用NaOH溶液调至pH到11.5，离心后用去离子水反复洗涤，直至上清液pH=8.4，所得产物于真空干燥箱中干燥过夜，即得CaO2；
S2: 制备碳量子点：将茶叶在100-110℃加热约2-3小时，研磨成粉末；将茶粉再次在200-220℃加热约8-9小时，获得的黑色碳化粉末冷却至室温；将300 mg的碳化茶粉分散在10 mL的0.1 M乙酸中，并保持40 h，然后将分散的介质离心，收集并保存含有茶碳点的上清液；
S3: 将玉米醇溶蛋白溶于乙醇和水混合溶液，添加步骤S2制备的碳量子点配制前驱体溶液，将所得溶液装袋通氮气隔氧封口，进行电子束辐照处理，得到交联玉米醇溶蛋白溶液；
S4: 将步骤S1制备的CaO2材料添加到步骤S3所得交联玉米醇溶蛋白溶液中，在超声中分散0.5-1 h使其混合均匀得到静电纺丝液；
S5: 将步骤S4制备的纺丝液盛装在静电纺丝装置注射器中，注射器针头与高压发生器正极连接，铝箔接收器与高压接受器负极连接，进行电纺，静电纺丝出的纤维膜承接在铝箔滚筒接收器上。
可选的，步骤S1中，氨溶液浓度为1 mol/L，CaCl2溶液浓度为0.1g/mL。
可选的，步骤S1中，NaOH溶液的pH=13，离心转速为5500-6500 rpm。
可选的，步骤S2中，离心的条件为10000-11000 rpm离心0.5小时。
可选的，步骤S3中，玉米醇溶蛋白的质量浓度为21-23 %，所述溶剂乙醇与水体积比为8：2，添加的碳量子点溶液质量占总质量的18-19 %。
可选的，步骤S3中，辐照剂量为80 kGy，水平照射。
可选的，步骤S4中，CaO2材料的质量浓度为10 % 。
可选的，所述步骤S5中，注射器喷丝头内径为0.6 mm，注射器喷丝头与滚筒接收器表面距离为10-15 cm，施加电压为15-20 kV，注射器推进速度为8-18 μL∙min-1，滚筒接收速度为60-100 rpm，注射器推注水平往复移动距离为25-30 mm。
一种上述电子束辐照交联过氧化钙-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的制备方法制备获得的电子束辐照交联CaO2-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜。
一种上述电子束辐照交联过氧化钙-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜作为抗菌辅料的应用。
本发明获得了如下有益效果。
本申请将过氧化钙加载到聚合物纳米纤维中赋予其抗菌性能，同时保留其固有的纳米纤维从而促进组织再生的强大能力。本申请的碳量子点尺寸小于10 nm，由于其易用性，成本效益，热稳定性好，无细胞毒性。另外，本申请以红茶叶渣为碳源，采用高温热解和浓硫酸氧化相结合的自下而上路线制备荧光碳量子点。与纯玉米醇溶蛋白膜相比，这些茶碳点已成功用于制备具有改善的物理机械性能的电子束辐照交联的碳量子点玉米醇溶蛋白复合膜。本发明在制备过程中利用电子束提供能量，将玉米醇溶蛋白纤维膜交联改性，可以提高纤维膜的耐溶剂性和水稳定性。碳量子点和CaO2材料的加入极大的提高了纤维膜的抗菌性能，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均体现出优异的抑制作用，所以本申请是减少细菌威胁和对周围组织慢性感染的良好候选材料。
附图说明
图1是本发明实施例1制得的纯纳米CaO2的SEM图；
图2是本发明实施例1和对比例1中制得的纯玉米醇溶蛋白膜以及电子束辐照交联CaO2-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的红外光谱图；
图3是本发明实施例1和对比例1中制得的纯玉米醇溶蛋白膜以及电子束辐照交联CaO2-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的水接触角图；
图4是本发明实施例1和对比例1中制得的纯玉米醇溶蛋白膜以及电子束辐照交联CaO2-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的抗菌效果图，其中，（a）纯玉米醇溶蛋白膜；（b）CaO2/CD@玉米醇溶蛋白膜。
具体实施方式
以下参照附图和实施例对本发明进行进一步的技术说明。
实施例1
一种电子束辐照交联过氧化钙-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备CaO2：将15mL 1mol/L氨溶液和120 mL PEG 200添加到30mL 0.1g/mLCaCl2溶液中并搅拌均匀，以3滴每分钟的速度将15mL 30% H2O2溶液逐滴加入上述混合液中搅拌2h。用pH=13的NaOH溶液调至pH到11.5。以6000 rpm的转速进行离心，并用去离子水反复洗涤，直至上清液pH为8.4，为所得产物于真空干燥箱中60度干燥过夜，即得CaO2；
S2: 制备碳量子点：首先将一定量市售的茶叶在马弗炉中100℃加热3小时，然后研磨成粉末形式。将该茶粉再次在200℃加热8小时。将如此形成的茶的黑色碳化粉末冷却至室温，并储存在玻璃小瓶中。将300 mg的碳化茶粉分散在10 mL的0.1 M乙酸中，并保持40h。然后将分散的介质在10000 rpm离心0.5小时，收集并保存含有茶碳点的上清液；
S3: 0.66 g玉米醇溶蛋白溶于2.4 mL乙醇水（乙醇：水=8：2）溶液中，添加S2所述碳量子点溶液0.6 mL，将得到的溶液装袋通氮气隔氧封口，进行电子束辐照处理，得到交联的静电纺丝液。在本发明中，电子束辐照剂量为80 kGy，水平照射，保证溶液均匀受到辐照；
S4: 称取S1所述CaO2 300 mg到S3所得溶液中，将溶液和无机材料混合制备纺丝液；
S5: 将步骤S4所得溶液盛装在静电纺丝装置注射器中，使用内径为0.60 mm的喷丝头，调节注射器喷丝头与滚筒接收器表面距离为15 cm，注射器推进速度为18 μL∙min-1，滚筒接收速度为100 rpm，注射器推注水平往复移动距离为30 mm，将注射器针头与高压发生器正极连接，铝箔接收器与高压接受器负极连接，调节电压为18 kV，进行电纺，静电纺丝出的纤维膜承接在铝箔滚筒接收器上。
对比例1
一种玉米醇溶蛋白膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：将0.66 g玉米醇溶蛋白溶于3 mL乙醇水（乙醇：水=8：2）溶液中；
S2：将步骤S1所得溶液盛装在静电纺丝装置注射器中，使用内径为0.60 mm的喷丝头，调节注射器喷丝头与滚筒接收器表面距离为15 cm，注射器推进速度为18 μL∙min-1，滚筒接收速度为100 rpm，注射器推注水平往复移动距离为30 mm，将注射器针头与高压发生器正极连接，铝箔接收器与高压接受器负极连接，调节电压为18 kV，进行电纺，静电纺丝出的纤维膜承接在铝箔滚筒接收器上。
性能检测
实施例1和对比例1中制得的纯玉米醇溶蛋白膜和电子束辐照交联CaO2-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的抗菌实验：
将所有实验设备均提前在120℃下灭菌2小时，整个过程保持无菌环境。
（1）将稀释后的细菌悬浮液均匀混合于装有60mL营养液的锥形瓶中，并加入4 cm×4 cm的不同样品。37℃培养摇床摇匀18 h后，将5 mL溶液转移至离心管，1000 rpm离心5min。最后通过计算试管的质量差异得到抑菌率。
（2）采用涂布平板法将经过传代培养的菌种接种到固体琼脂培养基中，在培养基中心平铺直径大小为1cm的纤维膜进行抑菌试验，只接种细菌的固体培养基作为对照。最后，将培养基在37℃孵育24小时，观察抑制区。实验结果如表1所示。
表1
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附图1为本发明制得的纯纳米CaO2的SEM图，参见图1，纯CaO2纳米颗粒呈均匀球形，直径约为15-25nm。可以看出，CaO2颗粒为低平均粒径、中等粒径分布的多面体纳米晶体。
附图2为本发明制得的玉米醇溶蛋白膜以及电子束辐照交联CaO2-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的红外光谱图。玉米蛋白的特征峰主要为3290 cm-1，2960 cm-1，1649 cm-1，1535 cm-1，1449 cm-1和1242 cm-1。分别对应于酰胺A的N-H拉伸振动，酰胺B的不对称拉伸，酰胺I的C=O拉伸、酰胺II的N-H弯曲以及酰胺III波段（主要是C-N拉伸和C=O弯曲振动相结合）。
附图3为本发明制得的玉米醇溶蛋白膜以及电子束辐照交联CaO2-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的水接触角图。该图表示不同薄膜在1s，15s和60s的静态水接触角，结果表明，电子束辐照对玉米醇溶蛋白膜的改性可显著提高其疏水性。
附图4，表1为本发明制得的玉米醇溶蛋白膜和电子束辐照交联CaO2-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的抗菌率图。可见，纯玉米醇溶蛋白膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌无抗菌活性。电子束辐照交联CaO2-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜对两种细菌均有抗菌作用，且大大提高了玉米醇溶蛋白的抗菌效果。由表1可知，电子束辐照交联CaO2-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌平均抑制区域可达到29和44mm。

Claims (10)

1.一种电子束辐照交联过氧化钙-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1:制备CaO2：将氨溶液和PEG 200添加到CaCl2溶液中并搅拌均匀，氨溶液和PEG 200的质量比为(0.9-1.1):8，氨溶液和CaCl2溶液的质量比为(0.9-1.1):2；然后以3滴每分钟的速度将15mL 30％H2O2溶液逐滴加入上述混合液中搅拌2-3h；用NaOH溶液调至pH到11.5，离心后用去离子水反复洗涤，直至上清液pH＝8.4，所得产物于真空干燥箱中干燥过夜，即得CaO2；
S2:制备碳量子点：将茶叶在100-110℃加热2-3小时，研磨成粉末；将茶粉再次在200-220℃加热8-9小时，获得的黑色碳化粉末冷却至室温；将300mg的碳化茶粉分散在10mL的0.1M乙酸中，并保持40h，然后将分散的介质离心，收集并保存含有茶碳点的上清液；
S3:将玉米醇溶蛋白溶于乙醇和水混合溶液，添加步骤S2制备的碳量子点配制前驱体溶液，将所得溶液装袋通氮气隔氧封口，进行电子束辐照处理，得到交联玉米醇溶蛋白溶液；
S4:将步骤S1制备的CaO2材料添加到步骤S3所得交联玉米醇溶蛋白溶液中，在超声中分散0.5-1h使其混合均匀得到静电纺丝液；
S5:将步骤S4制备的纺丝液盛装在静电纺丝装置注射器中，注射器针头与高压发生器正极连接，铝箔接收器与高压接受器负极连接，进行电纺，静电纺丝出的纤维膜承接在铝箔滚筒接收器上。
2.根据权利要求1所述的一种电子束辐照交联过氧化钙-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的制备方法，其特征在于：步骤S1中，氨溶液浓度为1mol/L，CaCl2溶液浓度为0.1g/mL。
3.根据权利要求1所述的一种电子束辐照交联过氧化钙-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的制备方法，其特征在于：步骤S1中，NaOH溶液的pH＝13，离心转速为5500-6500rpm。
4.根据权利要求1所述的一种电子束辐照交联过氧化钙-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的制备方法，其特征在于：步骤S2中，离心的条件为10000-11000rpm离心0.5小时。
5.根据权利要求1所述的一种电子束辐照交联过氧化钙-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的制备方法，其特征在于：步骤S3中，玉米醇溶蛋白的质量浓度为21-23％，溶剂中乙醇与水体积比为8：2，添加的碳量子点溶液质量占总质量的18-19％。
6.根据权利要求1所述的一种电子束辐照交联过氧化钙-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的制备方法，其特征在于：步骤S3中，辐照剂量为80kGy，水平照射。
7.根据权利要求1所述的一种电子束辐照交联过氧化钙-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的制备方法，其特征在于：步骤S4中，CaO2材料的质量浓度为10％。
8.根据权利要求1所述的一种电子束辐照交联过氧化钙-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S5中，注射器喷丝头内径为0.6mm，注射器喷丝头与滚筒接收器表面距离为10-15cm，施加电压为15-20kV，注射器推进速度为8-18μL·min-1，滚筒接收速度为60-100rpm，注射器推注水平往复移动距离为25-30mm。
9.一种权利要求1-8任一所述的电子束辐照交联过氧化钙-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜的制备方法制备获得的电子束辐照交联CaO2-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜。
10.一种权利要求9所述的电子束辐照交联过氧化钙-碳量子点@玉米醇溶蛋白抗菌膜作为抗菌辅料的应用。
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