CN104045843B - 一种抗菌水凝胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗菌水凝胶的制备方法，包括以下步骤：步骤1，利用氧化剂将半纤维素中的活性羟基氧化为醛基，得到双醛半纤维素；步骤2，过量的双醛半纤维素溶液与壳聚糖溶液反应，形成水凝胶与剩余双醛半纤维素形成的混合物；步骤3，将所述混合物浸入含银离子溶液，使银颗粒吸附在水凝胶网络结构表面，制成抗菌水凝胶。利用本发明方法，将半纤维素利用氧化剂改性，赋予其功能性基团，益于与壳聚糖中的氨基发生席夫碱反应。抗菌水凝胶的制备方法反应温度条件低，能耗小，易于投入工业生产。此外，制备得到的抗菌水凝胶吸附的银颗粒达到纳米级别，具有优良的抗菌效果。
Description
技术领域
本发明涉及抗菌水凝胶制备技术领域，特别是涉及一种利用半纤维素制备抗菌水凝胶的方法。
背景技术
随着我国工业化发展和人们生活水平的日益提高，人们对能源的消耗和合成材料的需求迅速增加，而煤炭、石油和天然气等常规能源蕴含量有限，且石化基合成材料难以被生物降解，对人类赖以生存的环境造成了严重污染。因此，开发与利用清洁可再生资源成为首要选择和必然趋势。生物质资源具有可再生性、资源丰富和环境友好等诸多优点。半纤维素作为一种生物质资源，自然界存量高、具有可再生、无毒、良好的可生物降解性和生物相容性等特点，因此开发和利用半纤维素符合可持续发展规划，对提高资源利用率及减少环境污染都具有重要的现实意义。
半纤维素由于其自身的缺点，如易降解、难分离等，限制了半纤维素的综合利用。水凝胶是近年发展迅速受到人们广泛关注的重要功能高分子材料，其良好的吸水、保水及生物相容性，在农业、工业、医用领域应用十分广泛。银纳米材料具有广谱抗菌性，是无毒的和环境友好的抗菌材料，已成为近年来生物材料研究的热点。现有技术中没有以半纤维素为原料制备抗菌水凝胶的方法，广泛、大量存在的半纤维素原料难以应用到抗菌水凝胶制备领域。
发明内容
本发明的目的是提出一种抗菌水凝胶的制备方法，以解决现有技术中没有以半纤维素为原料制备抗菌水凝胶的方法，半纤维素原料难以应用到抗菌水凝胶制备的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：一种抗菌水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，利用氧化剂将半纤维素中的活性羟基氧化为醛基，得到双醛半纤维素；
步骤2，过量的双醛半纤维素溶液与壳聚糖溶液反应，形成水凝胶与剩余双醛半纤维素形成的混合物；
步骤3，将所述混合物浸入含银离子溶液，使银颗粒吸附在水凝胶网络结构表面，制成抗菌水凝胶。
如上所述的抗菌水凝胶的制备方法，优选地，步骤1，将1～2重量份高碘酸钠和2～4重量份半纤维素加入5～10重量份的水中，搅拌至完全溶解，调节pH值至中性，在37℃水浴中搅拌6～12h；反应完成后，将混合液离心，并用水清洗3～5次，烘干得到双醛半纤维素。氧化剂除如高碘酸盐外，也可以选用重铬酸盐、高锰酸盐、氯酸盐等。
如上所述的抗菌水凝胶的制备方法，优选地，步骤2，所述双醛半纤维素溶液为质量浓度5～10％的双醛半纤维素水溶液；所述壳聚糖溶液为质量浓度1～5％的壳聚糖乙酸溶液；混合所述双醛半纤维素溶液和壳聚糖溶液，然后调节pH值至中性，混合液置于45℃水浴中搅拌5～10h后，继续升温至90℃反应30～60min，冷却后得到水凝胶与剩余双醛半纤维素形成的混合物。
如上所述的抗菌水凝胶的制备方法，优选地，步骤3，将所述混合物浸入质量浓度为0.1～5％的AgNO3溶液中，室温下暗存12～48h，然后，将其浸入氨水溶液中除去过量的AgNO3，最后得到抗菌水凝胶。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、将半纤维素利用氧化剂改性，赋予其功能性基团，益于与壳聚糖中的氨基发生席夫碱反应。
2、抗菌水凝胶的制备方法反应温度条件低，能耗小，易于投入工业生产。
3、制备得到的抗菌水凝胶吸附的银颗粒达到纳米级别，具有优良的抗菌效果。
附图说明
图1为本发明实施例方法制备的抗菌水凝胶的扫描电镜图；
图2为本发明实施例方法制备的抗菌水凝胶的扫描电镜图；
图3为本发明实施例方法制备的抗菌水凝胶的热分析图；
图4为本发明实施例方法制备的抗菌水凝胶对大肠杆菌抑制结果图；
图5为本发明实施例方法制备的抗菌水凝胶对金黄色葡萄球菌抑制结果图；
图6为本发明方法原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
如图6所示，在本发明制备抗菌水凝胶的方法中，半纤维素分子链上含有大量的活性羟基，都可与氧化剂发生氧化还原反应，将半纤维素分子中C-2和C-3位上的羟基氧化成醛基，得到双醛半纤维素。氧化后的半纤维素由于带有活化的醛基基团，与壳聚糖中的氨基可发生席夫碱反应，同时，羟基之间也可以形成氢键使得双醛半纤维素与壳聚糖形成水凝胶三维网络结构。将水凝胶浸入含Ag+溶液中，过量的双醛半纤维素中的醛基将Ag+还原，同时Ag纳米颗粒吸附在水凝胶网络结构表面。
实施例1
第一步，将1g高碘酸钠和2g半纤维素加入10ml水中，搅拌至完全溶解，加入NaOH溶液调节pH值至中性，在37℃水浴中搅拌12h。反应完成后，将混合液离心，并用水清洗3次，烘干得到双醛半纤维素；
第二步，1g壳聚糖溶解于2v/v％的乙酸溶液中，搅拌直至完全溶解，得到5wt％的壳聚糖溶液；
第三步，将1g双醛半纤维素溶解于水中，搅拌、离心后得到5wt％的双醛半纤维素悬浮液；
第四步，将双醛半纤维素溶液与壳聚糖溶液混合后，调节pH值至中性，混合液置于45℃水浴中搅拌10h后，继续升温至90℃反应60min，冷却后得到水凝胶与剩余双醛半纤维素形成的混合物；
第五步，将混合物浸入2wt％的AgNO3溶液中，室温下暗存24h，然后，将其浸入氨水溶液中除去过量的AgNO3，最后得到抗菌水凝胶。
如图1和图2所示，经SEM图看出，Ag颗粒大小大约在150～250nm之间，达到纳米级别。从整体看Ag纳米颗粒呈立方体型，而且均匀的分布在水凝胶网络中。如图3所示，从TGA结果中可以看出，当温度达到256.48℃时，水凝胶开始分解，当温度达到500℃时，水凝胶的分解达到50％。由此可见水凝胶的热稳定性较好。
抑菌实验步骤：将10g胰蛋白胨、5g酵母提取物、10gNaCl氯化钠和15g琼脂加入容器，再加入去离子水至1L，搅拌均匀制备培养基。分装至18cm试管和锥形瓶中，密封后121摄氏度灭菌30min。将4摄氏度保存的菌种斜面取出，无菌操作，接种于3支培养基斜面上。后将斜面试管置于37度恒温培养箱培养12h。1g水凝胶用无菌水稀释100倍，用滤纸片沾满稀释液制备水凝胶薄片，紫外灭菌15min。吸取100μL菌悬液加入到培养基中，混合均与后，快速倒在一层预先制备好的培养基平板上，凝固后放入水凝胶薄片，再倒入第三层培养基。将所有平板置于4摄氏度冰箱中保存过夜，次日将所有平板转移至37度恒温培养箱中，培养24小时后拍照观察。
抑菌实验结果：如图4和图5所示，水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都有抑菌效果，具有较好地抗菌性能。
实施例2
第一步，将1g高碘酸钠和2g半纤维素加入10ml水中，搅拌至完全溶解，加入NaOH溶液调节pH值至中性，在37℃水浴中搅拌12h。反应完成后，将混合液离心，并用水清洗3次，烘干得到双醛半纤维素；
第二步，0.5g壳聚糖溶解于1v/v％的乙酸溶液中，搅拌直至完全溶解，得到2wt％的壳聚糖溶液；
第三步，将2g双醛半纤维素溶解于水中，搅拌、离心后得到10wt％的双醛半纤维素悬浮液；
第四步，将双醛半纤维素溶液与壳聚糖溶液混合后，调节pH值至中性，混合液置于45℃水浴中搅拌10h后，继续升温至90℃反应60min，冷却后得到水凝胶与剩余双醛半纤维素形成的混合物；
第五步，将混合物浸入2wt％的AgNO3溶液中，室温下暗存24h，然后，将其浸入氨水溶液中除去过量的AgNO3，最后得到抗菌水凝胶。
抑菌实验结果：水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都有抑菌效果，具有较好地抗菌性能。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，利用氧化剂将半纤维素中的活性羟基氧化为醛基，得到双醛半纤维素；
步骤2，过量的双醛半纤维素溶液与壳聚糖溶液反应，形成水凝胶与剩余双醛半纤维素形成的混合物；
步骤3，将所述混合物浸入含银离子溶液，使银颗粒吸附在水凝胶网络结构表面，制成抗菌水凝胶。
2.根据权利要求1所述的抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤1，将1～2重量份高碘酸钠和2～4重量份半纤维素加入5～10重量份的水中，搅拌至完全溶解，调节pH值至中性，在37℃水浴中搅拌6～12h；反应完成后，将混合液离心，并用水清洗3～5次，烘干得到双醛半纤维素。
3.根据权利要求1或2所述的抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤2，所述双醛半纤维素溶液为质量浓度5～10％的双醛半纤维素水溶液；所述壳聚糖溶液为质量浓度1～5％的壳聚糖乙酸溶液；混合所述双醛半纤维素溶液和壳聚糖溶液，然后调节pH值至中性，混合液置于45℃水浴中搅拌5～10h后，继续升温至90℃反应30～60min，冷却后得到水凝胶与剩余双醛半纤维素形成的混合物。
4.根据权利要求3所述的抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤3，将所述混合物浸入质量浓度为0.1～5％的AgNO3溶液中，室温下暗存12～48h，除去过量的AgNO3，最后得到抗菌水凝胶。
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