CN103300071A - 固定溶菌酶-累托石的纳米纤维复合膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电喷法固定酶-层状硅酸盐改性纳米纤维复合膜的制备方法。所述溶菌酶-累托石/纤维素纳米复合薄膜材料的制备方法，是先利用静电纺丝技术制备得到醋酸纤维素纳米纤维膜，再利用电喷技术将溶菌酶和累托石的混合溶液固定在纳米纤维膜的表面，从而制得的溶菌酶-累托石/纤维素纳米复合薄膜材料，溶菌酶和累托石的混合溶液中溶菌酶与累托石的质量比为2.5~10：1。所制备溶菌酶-累托石/纤维素纳米复合薄膜材料可以作为抗菌材料应用，广泛应用在农业、卫生、食品以及生物医用材料等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种固定溶菌酶-累托石的纳米纤维复合膜的制备方法，属于食品包装材料和生物医用材料技术领域。
背景技术
溶菌酶一种具有杀菌作用的天然抗感染物质，有抗菌、抗病毒、止血、消肿止痛及加快组织恢复功能等作用，但由于溶菌酶工业化生产常会遇到稳定性差，易受外界环境影响，易失活，难以回收利用等问题，限制了它在生物医用材料、药物控释和日用化工和食品领域的广泛应用，而溶菌酶的固定化可有效改善这些问题。
目前文献报道的溶菌酶固定方法主要为层层自组装、微胶囊技术。专利号为“201010610000”的专利报道了氧化石墨烯/溶菌酶抗菌纳米复合薄膜材料及其制备方法，但氧化石墨烯的制备费时、产率低下，不适于大规模生产。
植物纤维素是地球上最丰富的可再生资源，在植物中起到结构支撑作用，具有良好的力学性能。通过静电纺丝技术和电喷技术将溶菌酶固定在纤维素纳米纤维膜上所制成的纳米复合膜不仅保留了溶菌酶本身良好的抑菌效果，还增加了其稳定性以及具有可重复利用性，且固定化过程中溶菌酶无损失，为天然可降解的生物安全性材料开发提供了一个新的有效途径。
累托石，是一种具有特殊结构、较为罕见的层状铝硅酸盐粘土矿物，由类云母单元层和类蒙脱石单元层在特殊自然条件下有规则地交替堆积，但又不是二者的简单组合，尤其是其条带状的微观结构颇为罕见，且具有结构层分离性，其本身无抑菌效果，但具有协助抑菌作用，且可调控蛋白质和酶的缓释。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种固定溶菌酶-累托石的纳米纤维复合膜的制备方法。
本发明利用静电纺丝技术制备醋酸纤维素纳米纤维膜，将溶菌酶-累托石在磷酸缓冲溶液进行搅拌使其分散均匀，然后利用电喷技术将混合溶液固定在经真空干燥的纳米纤维膜上。
通过该方法，使溶菌酶稳定性显著提高且可被重复回收利用，以及具有可控的缓释性能。制备的纳米纤维复合膜中醋酸纤维素纳米纤维膜起结构支撑作用，提供材料良好的力学性能。通过电喷的方法将溶菌酶-累托石固定在纳米纤维膜的表面，由于醋酸纤维素带负电，溶菌酶-累托石的复合物带正电，使得两者在固定过程中还具有静电吸附作用，从而具有较高的包封率。
本发明采用的具体技术方案是：
（1）将醋酸纤维素溶解，配成含醋酸纤维素16wt%的溶液，利用静电纺丝技术制备醋酸纤维素纳米纤维膜，静电纺丝过程中温度和相对湿度分别为25℃和50%，然后真空干燥醋酸纤维素纳米纤维膜；
（2）将溶菌酶与累托石溶于pH为6.24的磷酸缓冲溶液中，配制得到含2.5~10wt%溶菌酶与1wt%累托石的混合悬浮液，搅拌使其分散均匀，然后利用电喷方法将混合悬浮液固化在步骤（1）所制备的醋酸纤维素纳米纤维膜上，电喷过程的温度和相对湿度分别为25℃和50%，得到固定溶菌酶-累托石的纳米纤维复合膜。
上述过程中，步骤（1）中静电纺丝的电压为16kV，流速为1ml/h，持续时间为24h。
金属针头与纤维接收器间的距离为15cm。
步骤（2）中电喷技术具体操作方法是将溶菌酶-累托石混合溶液装进10ml的注射器,醋酸纤维素纳米纤维膜固定在一块金属板上，注射器金属针头和金属板之间间隔为12cm, 并在两者之间加上12kV的高压电，注射器流速为0.25ml/h，持续时间为4h。
利用制备的固定溶菌酶-累托石的纳米纤维复合膜进行抑菌实验和缓释实验，结果表明该纳米复合材料对代表菌金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均具有一定的抑菌效果，对金黄色葡萄球菌的抑菌效果更好，且累托石具有明显的协助抑菌作用；该纳米纤维膜的包封率很高，且累托石对其缓释具有可控效果。因此，本发明制备的溶菌酶-累托石纳米复合材料是一种很好的抗菌材料。且该方法可使溶菌酶在固定化过程中损失率几乎为零。本发明制备方法简单，原料成本低，整个工艺过程操作简便，所得复合纳米材料具有良好的抑菌性能、较高的包封率和可控的缓释性能。
附图说明
图1为本发明溶菌酶-累托石/纤维素纳米复合薄膜的形貌。a为醋酸纤维素纳米纤维膜，b为实施例2制备的5wt%溶菌酶/纤维素纳米复合薄膜，c为实施例3制备的5wt%溶菌酶-1wt%累托石/纤维素纳米复合薄膜，d为实施例4制备的10wt%溶菌酶-1wt%累托石/纤维素纳米复合薄膜。
图2为本发明纳米复合薄膜抑菌性能研究结果，抑菌实验采用的是抑菌圈方法。其中a为醋酸纤维素纳米纤维膜，b为实施例1制备的2.5wt%溶菌酶/纤维素纳米复合薄膜，c为实施例2制备的5wt%溶菌酶/纤维素纳米复合薄膜，d为实施例3制备的5wt%溶菌酶-1wt%累托石/纤维素纳米复合薄膜，e为实施例4制备的10wt%溶菌酶-1wt%累托石/纤维素纳米复合薄膜。
图3是抑菌圈法实验所得实验结果图片，图中培养皿上的1-5分别对应图2中的a-e。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，其目的在于帮助更好的理解本发明的内容，但这些具体实施方案不以任何方式限制本发明的保护范围。
实施例1
利用静电纺丝技术制备醋酸纤维素纳米纤维膜，即将醋酸纤维素溶于含丙酮和N,N二甲基乙酰胺（二者的体积比例为2:1）的混合溶剂中，所得16%（w/w）醋酸纤维素溶液进行静电纺丝，静电纺丝的电压为16kV，流速为1ml/h，持续时间为24h。将溶菌酶溶于100mM的磷酸缓冲溶液（pH=6.24）中进行搅拌使其分散均匀，然后利用电喷技术将所得2.5wt%溶菌酶的溶液固化在经真空干燥的纳米纤维膜上，电喷过程的技术条件是电压为12kV，流速为0.25ml/h，持续时间为4h。电喷和静电纺丝过程的温度为25℃，相对湿度为50%。制得的复合材料纳米纤维膜上的溶菌酶几乎无损耗，即膜上的溶菌酶为25mg，酶活为50.925U·cm-2，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌圈直径分别为1.125cm和1.000cm。
实施例2
利用静电纺丝技术制备醋酸纤维素纳米纤维膜，即将醋酸纤维素溶于含丙酮和N,N二甲基乙酰胺（二者的体积比例为2:1）的混合溶剂中，所得16%（w/w）醋酸纤维素溶液进行静电纺丝，静电纺丝的电压为16kV，流速为1ml/h，持续时间为24h。将溶菌酶溶于100mM的磷酸缓冲溶液（pH=6.24）中进行搅拌使其分散均匀，然后利用电喷技术将所得5wt%溶菌酶的溶液固化在经真空干燥的纳米纤维膜上，电喷过程的技术条件是电压为12kV，流速为0.25ml/h，持续时间为4h。电喷和静电纺丝过程的温度为25℃，相对湿度为50%。制得的复合材料纳米纤维膜上的溶菌酶几乎无损耗，即膜上的溶菌酶为50mg，酶活为152.778U·cm-2，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌圈直径分别为1.125cm和1.267cm。
实施例3
利用静电纺丝技术制备醋酸纤维素纳米纤维膜，即将醋酸纤维素溶于含丙酮和N,N二甲基乙酰胺（二者的体积比例为2:1）的混合溶剂中，所得16%（w/w）醋酸纤维素溶液进行静电纺丝，静电纺丝的电压为16kV，流速为1ml/h，持续时间为24h。将溶菌酶与累托石溶于100mM的磷酸缓冲溶液（pH=6.24）中进行搅拌使其分散均匀，然后利用电喷技术将所得含5wt%的溶菌酶与1wt%的累托石的混合悬浮液固化在经真空干燥的纳米纤维膜上，电喷过程的技术条件是电压为12kV，流速为0.25ml/h，持续时间为4h。电喷和静电纺丝过程的温度为25℃，相对湿度为50%。制得的复合材料纳米纤维膜上的溶菌酶几乎无损耗，即膜上的溶菌酶为50mg，累托石为10mg，酶活为349.075U·cm-2，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌圈直径分别为1.550cm和1.375cm。
实施例4
利用静电纺丝技术制备醋酸纤维素纳米纤维膜，即将醋酸纤维素溶于含丙酮和N,N二甲基乙酰胺（二者的体积比例为2:1）的混合溶剂中，所得16%（w/w）醋酸纤维素溶液进行静电纺丝，静电纺丝的电压为16kV，流速为1ml/h，持续时间为24h。将10%的溶菌酶与1%的累托石溶于100mM的磷酸缓冲溶液（pH=6.24）中进行搅拌使其分散均匀，然后利用电喷技术将所得含10%的溶菌酶与1%的累托石的混合悬浮液固化在经真空干燥的纳米纤维膜上，电喷过程的技术条件是电压为12kV，流速为0.25ml/h，持续时间为4h。电喷和静电纺丝过程的温度为25℃，相对湿度为50%。制得的复合材料纳米纤维膜上的溶菌酶几乎无损耗，即膜上的溶菌酶为100mg，累托石为10mg，酶活为396.297U·cm-2，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌圈直径分别为1.950cm和1.625cm。
Claims (7)
1.一种固定溶菌酶-累托石的纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将醋酸纤维素溶解，配成含醋酸纤维素5-20wt%的溶液，利用静电纺丝技术制备醋酸纤维素纳米纤维膜，静电纺丝过程中温度和相对湿度分别为25℃和50%，然后真空干燥醋酸纤维素纳米纤维膜；
（2）将溶菌酶与累托石溶于pH为6.24的磷酸缓冲溶液中，配制得到含2.5~10wt%溶菌酶与1wt%累托石的混合悬浮液，搅拌使其分散均匀，然后利用电喷方法将混合悬浮液固化在步骤（1）所制备的醋酸纤维素纳米纤维膜上，电喷过程的温度和相对湿度分别为25℃和50%，得到固定溶菌酶-累托石的纳米纤维复合膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中静电纺丝的电压为5-25kV，流速为0.1-2ml/h，持续时间为1-96h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）静电纺丝中，金属针头与纤维接收器间的距离为1-50cm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中电喷过程的电压为12kV，流速为0.25ml/h，持续时间为1-48h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）电喷过程中，金属针头与金属板间的距离为5-20cm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，将醋酸纤维素溶解于丙酮和N,N二甲基乙酰胺按体积比2:1组成的混合溶剂中配成含醋酸纤维素5-20wt%的溶液。
7.权利要求1-5任一项所述方法制备的固定溶菌酶-累托石的纳米纤维复合膜。
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