CN113209847A - 无菌纳米气泡水及其制备方法和应用 - Google Patents

无菌纳米气泡水及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了无菌纳米气泡水及其制备方法和应用，属于医用材料领域。采用加压溶气法通过增压和释压循环过程形成的反复压差调节气体溶解度得到纳米气泡水，再经过紫外灯照射灭菌得到无菌纳米气泡水，步骤如下：纯水机制得超纯水后用增压泵注入至溶解室，用无菌气瓶向溶解室内增压来增加气体在超纯水中的溶解度，溶解室出来的液体进入无菌瓶释压产生微纳米气泡，重复增压和释压循环直至气泡浓度稳定，制得的纳米气泡水紫外照射消毒不低于10小时，得到无菌纳米气泡水。本发明制备的无菌纳米气泡水中气泡为纳米尺寸且分布较窄，气泡粒径均匀且浓度稳定，紫外消毒后不含细菌和真菌，保存时间长，可用于微生物和动植物细胞培养等生物领域。

Description

无菌纳米气泡水及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于医用材料领域，具体涉及无菌纳米气泡水及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，纳米气泡(直径小于1μm的气泡)因具有水中停留时间长，比表面积大、传质效率高、界面Zeta点位高和可产生羟基自由基等特点，引起各领域研究者的关注。如工业方面，纳米气泡已被用于水处理、采油、冶金和表面清洗等领域；农业方面，纳米气泡在土壤治理、增氧灌溉和水产养殖等领域已有很多应用；已有研究还发现氧纳米气泡可提高小鼠细胞的代谢率、二氧化碳纳米气泡可用于糖尿病溃疡的治疗等，但其在生物医学领域的研究和应用具有局限性，这是由于常用的纳米气泡制备方法存在工序繁琐且气泡尺寸分布宽等缺点，而且难以在无菌条件下进行，与生物医学研究大多需要无菌培养液的要求相矛盾。因此，急需开发一种可直接应用于生物医学领域的无菌纳米气泡水。
发明内容
为克服现有技术的上述不足，本发明的主要目的是提供无菌纳米气泡水的制备方法，利用增压和释压过程形成的反复压差调节气体溶解度得到稳定的纳米气泡水，后经紫外消毒灭菌得到无菌纳米气泡水。
本发明的另一目的是提供上述无菌纳米气泡水在微生物和动植物细胞培养中的应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供无菌纳米气泡水的制备方法，包括纳米气泡水制备和纳米气泡水灭菌两部分，采用加压溶气法通过增压和释压循环过程形成的反复压差调节气体溶解度得到纳米气泡水然后用紫外灯照射灭菌，具体步骤如下：
步骤1：采用纯水机制得超纯水后，将其通过增压泵经输送管注入至溶解室；
步骤2：用无菌气瓶向溶解室内增压来增加气体在超纯水中的溶解度，溶解室出来的液体进入无菌瓶释压产生微纳米气泡；
步骤3：重复步骤2中增压和释压循环过程1–2小时，直至得到气泡浓度稳定的纳米气泡水；
步骤4：所述纳米气泡水放置在消毒室中经紫外照射消毒不低于10小时，得到无菌纳米气泡水。
优选地，所述输送管的材质为PP或PTFE。
优选地，所述无菌气瓶内采用的气体选自空气、二氧化碳、氧气、氮气、氢气、一氧化氮、硫化氢或氙气中的一种或两种以上组合。
优选地，所述无菌纳米气泡水中纳米气泡的平均粒径为190–220nm，浓度为1×107–9×107particles/mL。本发明采用加压溶气法制备纳米气泡水的工作原理是通过增加和降低压强来改变气体溶解度，进而控制纳米气泡的产生。当压力增加时，气体的溶解度增加，气体以溶解的形式储存在液体中；当压力迅速降低时，气体会从溶液析出形成气泡。纳米气泡水在消毒室采用紫外照射灭菌，便利快捷，操作简单，可以有效避免高温高压灭菌或超声灭菌破坏纳米气泡的稳定性、以及过滤灭菌导致纳米气泡水浓度大幅降低的问题，通过控制消毒时长灭菌的同时还可达到排除微米气泡的效果。
本发明还提供上述无菌纳米气泡水在微生物和动植物细胞培养中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)与醇水置换法、电解水法相比，本发明采用的是加压溶气法，通过增压和释压过程形成的反复压差调节气体溶解度，方法简单，操作容易，重复性好；与纳滤膜法相比，本发明制备的纳米气泡水无金属污染。
(2)本发明制备的无菌纳米气泡水中纳米气泡为纳米尺寸，气泡尺寸分布较窄气泡粒径均匀且浓度稳定，经过紫外消毒后不含细菌和真菌，保存时间长，可用于微生物和动植物细胞培养等生物医学领域。
参考以下详细说明更易于理解本发明的上述以及其他特征、方面和优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更显著：
图1是实施例1中制备无菌空气纳米气泡水的工艺流程示意图；
图2是实施例1中制备的无菌空气纳米气泡水中气泡浓度与粒径分布图；
图3是实施例2中制备无菌氧气纳米气泡水的工艺流程示意图；
图4是生物锰氧化菌在实施例2所得无菌氧气纳米气泡水配置的培养液中形貌。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例中制备无菌纳米气泡水均采用加压溶气法通过增压和释压过程形成的反复压差调节气体溶解度得到，步骤如下：
步骤1：采用纯水机制得超纯水后，将其通过增压泵经输送管注入至溶解室；
步骤2：用无菌气瓶向溶解室内增压来增加气体在超纯水中溶解度，溶解室出来的液体进入无菌瓶释压产生微纳米气泡；
步骤3：重复步骤2中增压和释压循环过程1–2小时，直至得到气泡浓度稳定的纳米气泡水；
步骤4：纳米气泡水放置在消毒室中经紫外照射消毒不低于10小时，得到无菌纳米气泡水。
一些实施例中，输送管的材质为PP或PTFE。
一些实施例中，无菌气瓶内采用的气体选自空气、二氧化碳、氧气、氮气、氢气、一氧化氮、硫化氢或氙气中的一种或两种以上组合。以下通过具体实施例进一步解释说明本发明的技术方案。
实施例1
请参阅图1，本实施例中无菌纳米气泡水的制备方法，步骤如下：
步骤1：用纯水机制得超纯水后，将其通过增压泵经PP材质的输送管注入至溶解室；
步骤2：用无菌空气瓶向溶解室内增压来增加空气在中超纯水的溶解度，溶解室出来的液体进入无菌瓶释压产生微纳米气泡；
步骤3：重复步骤2中增压和释压循环过程1.5小时，直至得到气泡浓度稳定的纳米气泡水；
步骤4：纳米气泡水放置在消毒室中经紫外照射消毒12小时，得到无菌空气纳米气泡水。
本实施例中制得的无菌空气纳米气泡水中纳米气泡的粒径分布通过纳米颗粒跟踪分析仪(Zetaview，Particle Metrix)进行测定(测定范围为10–2000nm)，浓度采用动态光散射测定，如图2所示，纳米气泡的平均粒径为208.2±13.6nm，浓度为7.49×107particles/mL，说明无菌空气纳米气泡水的纳米气泡浓度稳定，气泡粒径分布均匀。
实施例2
请参阅图3，本实施例的制备方法同实施例1，区别仅在于步骤2使用的气体由空气换为氧气，得到无菌氧气纳米气泡水。
用紫外消毒室消毒不低于10小时的纳米气泡水配制生物锰氧化菌液体培养基，在锰氧化菌的培养过程中液体培养基会出现浑浊现象，同时对培养液的锰离子进行检测，发现96小时后锰离子的去除率仅10％左右。制得的无菌氧气纳米气泡水配制锰氧化菌的液体培养基，在为期7天的培养过程中未发现有杂菌生长现象。生物锰氧化菌液体培养基的形貌如图4所示，可以看出该液体培养基较为清澈，且生物锰氧化菌正常氧化生成生物锰氧化物，经检测96小时后锰离子去除率达到70％，说明该无菌氧气纳米气泡水不含细菌和真菌，保存时间可长达一周，可以用于微生物和动植物细胞培养。

Claims (5)

1.无菌纳米气泡水的制备方法，其特征在于，采用加压溶气法通过增压和释压循环过程形成的反复压差调节气体溶解度得到纳米气泡水后，经过紫外灯照射灭菌得到无菌纳米气泡水，包括以下步骤：
步骤1：用纯水机制得超纯水后，通过增压泵经输送管注入至溶解室；
步骤2：用无菌气瓶向溶解室内增压来增加气体在超纯水中的溶解度，溶解室出来的液体进入无菌瓶释压产生微纳米气泡；
步骤3：重复步骤2中增压和释压循环过程1–2小时，直至得到气泡浓度稳定的纳米气泡水；
步骤4：所述纳米气泡水放置在消毒室中紫外照射消毒不低于10小时，得到无菌纳米气泡水。
2.根据权利要求1所述无菌纳米气泡水的制备方法，其特征在于，所述输送管的材质为PP或PTFE。
3.根据权利要求1所述无菌纳米气泡水的制备方法，其特征在于，所述无菌气瓶内采用的气体选自空气、二氧化碳、氧气、氮气、氢气、一氧化氮、硫化氢或氙气中的一种或两种以上组合。
4.无菌纳米气泡水，通过权利要求1至3任一项所述无菌纳米气泡水的制备方法得到，其中纳米气泡的平均粒径为190–220nm，浓度为1×107–9×107particles/mL。
5.权利要求4所述的无菌纳米气泡水在微生物和动植物细胞培养中的应用。
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