CN117100621A - 一种抗菌纳米纤维干面膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
针对现有的干面膜抗菌成分可能造成的皮肤刺激、敏感等问题，本发明提供了一种抗菌纳米纤维干面膜及其制备方法。本发明首先将马来酰亚胺功能化的氨基化纤维素进行抗菌肽修饰，使其表面带有更多正电荷，能够吸附并破坏细菌细胞膜，从而实现高效的抗菌效果，然后再结合静电纺丝纳米纤维制备技术，将其制备成抗菌纳米纤维干面膜，不仅可以使得纤维表面带的抗菌肽在纳米尺度上进行均匀的分布，实现优异的抗菌效果，而且本发明是通过化学修饰的方法将抗菌肽修饰于高分子的纤维素骨架上，在面膜使用过程中不会以小分子形态游离到面膜有效成分中，从而减少了抗菌成分可能造成的皮肤刺激、敏感问题。
Description
技术领域
本发明属于护肤用品技术领域，具体涉及一种抗菌纳米纤维干面膜及其制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高和对美容健康的关注度增加，面膜作为一种重要的美容产品，已经成为人们日常美容护肤的必备品之一。然而，传统的面膜在生产过程中需要添加大量的防腐剂，以防止面膜在储存和使用过程中被微生物污染，从而导致面膜的品质下降，甚至对人体健康产生威胁。此外，由于防腐剂的存在，有些面膜使用后可能会导致皮肤过敏或刺激，影响用户的使用体验。
近年来，一种新型面膜——干面膜，已经受到越来越多消费者的青睐。相比于传统面膜，干面膜更加节省防腐剂的使用，因为它不需要添加大量水分，从而降低了细菌滋生的风险，同时也减轻了肌肤负担。虽然干面膜可以减少防腐剂的使用，但是也不是完全不需要防腐剂的。因为干面膜在制作、储存和使用过程中，都有可能受到微生物的污染，导致面膜变质或失效。因此，为了保证干面膜的安全性和有效性，还是需要添加少量的防腐剂，以抑制微生物的生长和繁殖。因此，如何在保证抗菌性的同时，进一步减少防腐剂的使用，是当前面膜行业亟需解决的问题。
CN113318066A公开了一种用于护肤的脱敏冻干面膜及其生产工艺，其中用于护肤的脱敏冻干面膜包括基布载体层和以冷冻干燥形式附着在所述基布载体层上的冻干膜层，其特征在于：所述冻干膜层中包括冻干功效物，所述冻干功效物包括抗敏修复组合物、抗衰老组合物、保湿美白组合物和植物抗菌剂。
CN115715744A公开了一种碳点基纳米酶抗菌抗氧化冻干面膜，纳米酶由富含氧空位的铜、钼掺杂碳点(Cu, Mo/CDs)及铜、碘掺杂碳点(Cu, I/CDs)组成，Cu, Mo/CDs具有强模拟过氧化酶特性，在过硫酸盐存在下，会产生羟基自由基和超氧自由基，并进入细菌内切断核酸，使蛋白质失活，破坏细胞膜完整性，而氧空位也能促进产生更多的活性氧(ROS)，从而对革兰氏致病菌及其耐药菌有较强的杀菌效果。
上述两个专利申请分别采用植物抗菌剂和碳点基纳米酶抗菌防腐，从而减少了传统防腐剂的使用，然而所用抗菌剂均没有修饰于面膜基底上，使用过程中有在面部残留以及渗透皮肤的风险。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种抗菌纳米纤维干面膜及其制备方法。本发明首先将马来酰亚胺功能化的氨基化纤维素进行抗菌肽修饰，使其表面带有更多正电荷，能够吸附并破坏细菌细胞膜，从而实现高效的抗菌效果，然后再结合静电纺丝纳米纤维制备技术，将其制备成抗菌纳米纤维干面膜，不仅可以使得纤维表面带的抗菌肽在纳米尺度上进行均匀的分布，实现优异的抗菌效果，并且可以确保面膜成分与皮肤贴合，从而提高了有效成分的渗透性和吸收性，采用本发明的抗菌纳米纤维干面膜，不需要再另外添加防腐剂。
此外，抗菌肽通过点击化学反应修饰到纤维素骨架上，而纤维素是一种高分子聚合物，因此在面膜使用过程中抗菌肽不会以小分子形态游离到面膜有效成分中，避免了抗菌肽这一阳离子抗菌剂对于皮肤渗透的可能性，进一步减少了抗菌成分可能造成的皮肤刺激、敏感的问题。
本发明的技术方案是：一种抗菌纳米纤维干面膜的制备方法，包括以下步骤：
1）抗菌肽修饰的氨基化纤维素的制备
将马来酰亚胺功能化的氨基化纤维素溶解于磷酸盐缓冲液中，再加入含有巯基的抗菌肽，进行混合搅拌反应，反应完全后用半透膜进行去离子水透析，再冻干获得固体的抗菌肽修饰的氨基化纤维素；
2）纺丝原液的配制
配制浓度1~3% （w/v）抗菌肽修饰的氨基化纤维素的水溶液，在其中加入3~6% （w/v）聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为增塑剂，加入0.1~1%（w/v）的保湿剂及0.1~3%（w/v）小分子面膜功效成分，搅拌均匀后得到纺丝原液；
3）静电纺丝制备抗菌纳米纤维干面膜
将步骤2）的纺丝原液加入静电纺丝机中，设置纺丝电压为30~50 kV、纺丝温度为15~20 ℃，以防静电的面膜布为纺丝基底，纺丝喷头到基底的距离为18~25 cm，打开控制开关，车速0.1~1m/min，纺丝原液成丝喷到基底上获得纳米纤维干面膜，纳米纤维直径10-1000nm，成膜厚度10~500μm。
优选的，所述步骤1）含有巯基的抗菌肽可以为抗菌肽CysHHC10、抗菌肽Hepcidin等。所述马来酰亚胺功能化的氨基化纤维素与含巯基的抗菌肽的质量比为1：2~4，优选1：3。所述半透膜优选MWCO 3.5 kDa。所述混合搅拌反应优选搅拌反应20~28小时。
优选的，所述步骤2）的保湿剂为小分子量玻尿酸（Mw 40000-80000 Da）、氨基酸和麦芽糖醇中的至少一种，优选至少包含小分子量玻尿酸。优选的，所述小分子面膜功效成分可以为维生素C、烟酰胺、熊果苷、芦荟提取物等中的至少一种，根据面膜的功效进行添加。
优选的，所述步骤3）的防静电的面膜布，其克重为：20 g/m2，材质为：30 %铜氨纤维和70 %天丝。
优选的，马来酰亚胺功能化的氨基化纤维素的制备方法为：将氨基化纤维素溶解于浓度0.8~1.2%的稀盐酸溶液中；将6-马来酰亚胺基己酸、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDCI）和N-羟基丁二酰亚胺（NHS）溶解在二甲亚砜中；然后将两种溶液混合搅拌反应；反应完成后将混合物用半透膜进行去离子水透析，得到马来酰亚胺功能化的氨基化纤维素的水溶液，再经冻干得到马来酰亚胺功能化的氨基化纤维素固体。所述氨基化纤维素、6-马来酰亚胺基己酸、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基丁二酰亚胺的质量比为10：9.5~10.5：7.5~8.5：7.5~8.5，优选为10：10：8：8。
本发明干面膜的抗菌性由修饰抗菌肽的氨基化纤维素提供，所述纳米纤维干面膜由静电纺丝法制得。
本发明的技术原理：
纤维素是一种天然、无毒和具有抗菌性的多糖，氨基化纤维素能够通过骨架上的氨基与细菌表面的负电荷发生作用而表现出抗菌活性，也就是说，氨基的含量决定了氨基化纤维素的抗菌效果。但是，氨基化纤维素自身的抗菌能力有限，提高氨基化纤维素的抗菌活性的最有效方法是增加氨基化纤维素上的正电荷，通过对官能团进行适当的功能化处理。
抗菌肽是一种天然存在于动植物体内的短肽分子，具有广谱抗菌和抗病毒活性。它们通过与细菌膜表面的负电荷相互作用，改变膜的结构并引起破坏，从而实现杀菌作用。相比于传统的抗菌剂，抗菌肽具有更广泛的抗菌谱和更高的抗菌能力。
本发明通过6-(马来酰亚胺基)己酸与氨基化纤维素上的氨基进行酰化反应，将马来酰亚胺接枝到氨基化纤维素上；然后抗菌肽上的巯基通过点击反应接枝到马来酰亚胺上，从而得到抗菌肽修饰的氨基化纤维素，反应示意图如图1所示。
本发明的技术效果是：
（1）通过采用静电纺丝纳米纤维制备技术，使抗菌肽在纳米尺度上均匀地分散于纳米纤维干面膜表面，这一尺度远远小于细菌的一般尺寸（0.5~5 微米），大大提高了面膜的抗菌效率，可以减少现有防腐抗菌剂的使用造成的皮肤敏感、过敏等问题。
（2）通过化学修饰的方法将抗菌肽修饰于高分子的纤维素骨架上，在面膜使用过程中抗菌肽不会以小分子形态游离到面膜有效成分中，避免了抗菌肽这一阳离子抗菌剂对于皮肤渗透的可能性，减少了抗菌成分可能造成的皮肤刺激、敏感的问题。
（3）采用静电纺丝纳米纤维制备技术制备出的抗菌纳米纤维干面膜具有超高的比表面积，可以增强有效成分的渗透性和吸收性。
（4）纳米纤维使得面膜更加贴合肌肤，更加舒适。
可见，区别于背景技术中给出的2个专利申请，本发明采用了纳米纤维技术制备面膜基材，抗菌肽在纳米尺度上均匀地分散于纳米纤维干面膜表面，这一尺度远远小于细菌的一般尺寸，大大提高了面膜的抗菌效率，可以减少现有防腐抗菌剂的使用造成的皮肤敏感、过敏等问题。此外，区别与上述专利申请，本发明通过化学修饰的方法将抗菌肽修饰于高分子的纤维素骨架上，在面膜使用过程中抗菌肽不会以小分子形态游离到面膜有效成分中，避免了抗菌肽这一阳离子抗菌剂对于皮肤渗透的可能性，进一步减少了抗菌成分可能造成的皮肤刺激、敏感的问题。
综上，本发明的纳米纤维干面膜基于修饰抗菌肽的氨基化纤维素进行抗菌，不需要另外加入防腐剂，不仅降低了对肌肤的刺激，还可以提高干面膜的抗菌能力。同时，本发明通过采用静电纺丝纳米纤维制备技术，制备出的纳米纤维干面膜不仅可以提高抗菌效果，还可以增强有效成分的渗透性和吸收性。并且纳米纤维干面膜更加贴合肌肤，更加舒适。本发明同时保证了面膜成分的安全性和稳定性。因此，本发明具有广泛的应用前景，在护肤行业和医疗行业中都具有重要的应用价值。
附图说明
图1为抗菌肽修饰的氨基化纤维素的合成反应示意图；
图2为实施例1制备的抗菌纳米纤维干面膜的电镜图；
图3为实施例1抗菌纳米纤维干面膜与大肠杆菌/金黄色葡萄球菌共培养的细胞存活率图；
图4为实施例1抗菌纳米纤维干面膜的细胞相容性结果图；
图5为实施例2制备的抗菌纳米纤维干面膜的电镜图；
图6为实施例2抗菌纳米纤维干面膜与大肠杆菌/金黄色葡萄球菌共培养的细胞存活率图；
图7为实施例2抗菌纳米纤维干面膜的细胞相容性结果图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式、特征及其功效详细说明如下所示。
本发明实施例使用的氨基化纤维素采用BH3/THF溶液对氰乙基纤维素进行非均相还原法制备而成（参见：Mohammad L. Hassan. Preparation and Thermal Stability ofNew Cellulose-Based Poly(propylene imine) and Poly(amido amine) HyperbranchedDerivatives. Journal of Applied Polymer Science, 2006, 101:2079-2087），具体为：取1 g 氰乙基纤维素加入15 mL的1M BH3/THF溶液中，加热回流12 h，产物过滤后用碳酸氢钠饱和溶液处理，用水和甲醇洗涤，60℃干燥。
本实施例马来酰亚胺功能化的氨基化纤维素（MHCS）的合成方法如下：将10 g氨基化纤维素溶解于0.5 L 浓度1%的稀盐酸溶液中，将10 g 6-马来酰亚胺基己酸、8 g 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDCI）和8 g N-羟基丁二酰亚胺（NHS）溶解在0.2L的二甲亚砜中；然后将两种溶液混合搅拌反应24小时，将混合物用MWCO 3.5 kDa的半透膜进行去离子水透析3天，得到马来酰亚胺功能化氨基化纤维素的水溶液。最终，通过冻干法得到马来酰亚胺功能化的氨基化纤维素（MHCS）固体。
实施例1：
一种抗菌纳米纤维干面膜的制备方法，包括以下步骤：
1）修饰抗菌肽CysHHC10的氨基化纤维素的合成
将5 g的马来酰亚胺功能化的氨基化纤维素固体溶解于0.2 L pH 7.4的磷酸盐缓冲液中，再加入15 g 含有巯基的抗菌肽CysHHC10；混合搅拌反应24小时后将混合物用MWCO3.5 kDa的半透膜进行去离子水透析3天。最终，通过冻干法得到修饰抗菌肽CysHHC10的氨基化纤维素；
2）纺丝原液的配制
配制浓度1 %（w/v）修饰抗菌肽CysHHC10的氨基化纤维素的水溶液，在其中加入6%（w/v）医用级的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为增塑剂，加入1 %（w/v）的小分子量玻尿酸作为保湿剂，加入0.1 %（w/v）维生素C、0.05 %（w/v）烟酰胺作为抗氧化美白成分，搅拌均匀后得到纺丝原液；
3）将上述纺丝原液加入静电纺丝机中，纺丝电压为30 kV、纺丝温度为15 ℃，以防静电处理的面膜布（克重为：20 g/m2，材质为：30 %铜氨纤维和70 %天丝）作为纺丝基底，纺丝喷头到基底的距离为18 cm，车速1m/min，成膜厚度10μm。
实施例1制备的抗菌纳米纤维干面膜的扫描电子显微镜的照片如图2所示，从图中可以看到：本实施例制备的抗菌纳米纤维干面膜具有良好的粒径均一性，纳米纤维直径在100-200 nm。
取2 mg抗菌纳米纤维干面膜分别与1 mL 106CFU/mL的大肠杆菌（E. coli）或金黄色葡萄球菌（S. aureus）细菌悬液进行共培养20 h，然后将0.1ml细菌培养液涂在琼脂平板上，并置于37℃培养箱中过夜。使用自动菌落计数器测量细菌菌落数，并计算细菌存活率。为了对比抗菌性能，制备了含有相同比例的未修饰抗菌肽（也不需要马来酰亚胺功能化）的氨基化纤维素纳米纤维干面膜。抗菌结果如图3所示（每个处理3次重复，取平均值），氨基化纤维素由于表面氨基带正电荷，具有一定的抗菌性。而抗菌肽CysHHC10的修饰进一步提高了纳米纤维干面膜的抗菌特性。表明该抗菌纳米纤维干面膜对于革兰氏阳性菌与阴性菌均具有优异的抑菌能力。
通过MTT法测试所制备抗菌纳米纤维干面膜的细胞毒性。将NIH 3T3细胞在添加5%胎牛血清的DMEM培养基中培养24h，然后吸出培养基，再加入抗菌纳米纤维干面膜浓度依次为78、156、313、625、1250、2500 μg/mL的DMEM培养基继续培养24h，用MTT法测试细胞毒性，实验结果如图4所示（每个处理3次重复，取平均值），结果表明：该抗菌纳米纤维干面膜在2500 μg/mL的高浓度下细胞存活率可以达到＞92%，表现出优异的生物相容性。
实施例2：
一种抗菌纳米纤维干面膜的制备方法，包括以下步骤：
1）修饰抗菌肽Hepcidin-25的氨基化纤维素的合成
将5 g的马来酰亚胺功能化氨基化纤维素固体溶解于0.2 L pH 7.4的磷酸盐缓冲液中，再加入15 g 含有巯基的抗菌肽Hepcidin-25。混合搅拌反应24小时后用MWCO 3.5kDa的半透膜进行去离子水透析3天。最终，通过冻干法得到修饰抗菌肽Hepcidin-25的氨基化纤维素；
2）纺丝原液的配制
配制浓度2 %（w/v）修饰抗菌肽Hepcidin-25的氨基化纤维素的水溶液，在其中加入5% （w/v）医用级的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为增塑剂，加入0.5 %（w/v）的小分子量玻尿酸、0.3 %（w/v）的三甲基甘氨酸（NMF-50，中广生物）、0.2 %（w/v）的麦芽糖醇作为保湿剂，加入0.1 %（w/v）维生素C、0.05 %（w/v）熊果苷作为抗氧化美白成分，再加入1%（w/v） 的芦荟提取物，搅拌均匀后得到纺丝原液；
3）将上述纺丝原液加入静电纺丝机中，纺丝电压为50kV、纺丝温度为18 ℃、以防静电处理的面膜布（克重为：20 g/m2，材质为：30 %铜氨纤维和70 %天丝）作为纺丝基底，纺丝喷头到基底的距离为22 cm，车速0.3 m/min，成膜厚度90 μm。
实施例2所制备的抗菌纳米纤维干面膜的扫描电子显微镜的照片如图5所示，从图中可以看到：本实施例制备的抗菌纳米纤维干面膜具有良好的粒径均一性，纳米纤维直径在200-300 nm。
取2 mg抗菌纳米纤维干面膜与1 mL 106CFU/mL的大肠杆菌（E. coli）或金黄色葡萄球菌（S. aureus）细菌悬液进行共培养20 h。然后将0.1ml细菌培养液涂在琼脂平板上，并置于37℃培养箱中过夜，使用自动菌落计数器测量细菌菌落数，并计算细菌存活率。为了对比抗菌性能，制备了含有相同比例的未修饰抗菌肽（也不需要马来酰亚胺功能化）的氨基化纤维素纳米纤维干面膜，抗菌结果如图6所示，氨基化纤维素由于表面氨基带正电荷，具有一定的抗菌性。对比实施例1，纺丝液中氨基化纤维素含量更高，并且纺丝车速低，成膜厚度更高，因而抗菌性能有所提升。而抗菌肽Hepcidin-25的修饰进一步提高了抗菌纳米纤维干面膜的抗菌特性，对比实施例1，由于抗菌肽含量更高，因而体现出更好的抗菌性。表明该抗菌纳米纤维干面膜对于革兰氏阳性菌与阴性菌均具有优异的抑菌能力。
通过MTT法测试所制备的抗菌纳米纤维干面膜的细胞毒性。将NIH 3T3细胞在添加5%胎牛血清的DMEM培养基中培养24h，然后吸出培养基，再加入抗菌纳米纤维干面膜浓度为78、156、313、625、1250、2500 μg/mL的DMEM培养基继续培养24h，用MTT法测试细胞毒性。实验结果如图7所示，结果表明：该抗菌纳米纤维干面膜在2500 μg/mL的高浓度下细胞存活率可以达到＞87%，对比实施例1，细胞相容性轻微下降，是由于抗菌肽的含量增加的结果，但该结果仍然表明该抗菌纳米纤维干面膜具有优异的生物相容性。
Claims (8)
1.一种抗菌纳米纤维干面膜的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
1）抗菌肽修饰的氨基化纤维素的制备
将马来酰亚胺功能化的氨基化纤维素溶解于磷酸盐缓冲液中，再加入含有巯基的抗菌肽，进行混合搅拌反应，反应完全后用半透膜进行去离子水透析，再冻干获得抗菌肽修饰的氨基化纤维素；
2）纺丝原液的配制
配制浓度为1~3%的抗菌肽修饰的氨基化纤维素的水溶液，在其中加入3~6%聚乙烯吡咯烷酮作为增塑剂，再加入0.1~1%的保湿剂及0.1~3%的小分子面膜功效成分，搅拌均匀后得到纺丝原液；所述百分比均为质量体积比；
3）静电纺丝制备抗菌纳米纤维干面膜
将步骤2）的纺丝原液加入静电纺丝机中，以防静电的面膜布为纺丝基底，纺丝原液成丝喷到基底上获得抗菌纳米纤维干面膜。
2. 如权利要求1所述的一种抗菌纳米纤维干面膜的制备方法，其特征是，步骤3）中，设置纺丝电压为30~50 kV，纺丝温度为15~20 ℃，纺丝喷头到基底的距离为18~25 cm，静电纺丝过程中车速0.1~1m/min。
3.如权利要求1所述的一种抗菌纳米纤维干面膜的制备方法，其特征是，所述含有巯基的抗菌肽为抗菌肽CysHHC10或者抗菌肽Hepcidin。
4.如权利要求1所述的一种抗菌纳米纤维干面膜的制备方法，其特征是，所述小分子面膜功效成分为维生素C、烟酰胺、熊果苷和芦荟提取物中的至少一种。
5.如权利要求1所述的一种抗菌纳米纤维干面膜的制备方法，其特征是，所述保湿剂为小分子量玻尿酸、氨基酸和麦芽糖醇中的至少一种。
6.如权利要求1所述的一种抗菌纳米纤维干面膜的制备方法，其特征是，步骤3）中纺丝原液成丝喷到基底上，成膜厚度为10~500μm。
7.如权利要求1-6中任一项所述的一种抗菌纳米纤维干面膜的制备方法，其特征是，所述马来酰亚胺功能化的氨基化纤维素的制备方法为：将氨基化纤维素溶解于浓度0.8~1.2%的稀盐酸溶液中；将6-马来酰亚胺基己酸、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基丁二酰亚胺溶解在二甲亚砜中；然后将两种溶液混合搅拌反应；反应完成后将混合物用半透膜进行去离子水透析，再经冻干得到马来酰亚胺功能化的氨基化纤维素。
8.权利要求1-6中任一项制备方法所制备的抗菌纳米纤维干面膜。
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