CN111334934B - 一种壳聚糖交联抗菌纳米纤维膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纺织材料加工技术领域，公开了一种壳聚糖交联抗菌纳米纤维膜及其制备方法。该制备方法包括制备松油烯‑4‑醇脂质体；利用橄榄苦苷酸和苦杏仁制备抗菌保护交联剂；将壳聚糖与聚氧化乙烯溶于90％乙酸溶液，充分搅拌，加入松油烯‑4‑醇脂质体和抗菌保护交联剂，静电纺丝成壳聚糖交联纳米纤维膜。本发明制备方法得到的纳米纤维膜机械性能好，抗菌效果佳。

Description

一种壳聚糖交联抗菌纳米纤维膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及纺织材料加工技术领域，具体涉及一种壳聚糖交联抗菌纳米纤维膜及其制备方法。
背景技术
静电纺丝是一项能制备纳米或微米级纤维的新型纺丝技术，可适用于大部分聚合物，具有经济、灵活、 方便和高效等优点。通过静电纺丝制得的纳米纤维应用广泛，如过滤、生物组织工程、生物载药、创伤敷 料、复合增强、传感器、防护服、电学和光学等领域。由于在纺丝过程中存在一种不稳定“鞭动”的状态， 使得接收到的纤维往往是杂乱无章的，力学性能相对较差，从而限制了静电纺丝的工业化生产及其产品的 推广应用。
虽然纳米纤维膜有很多优越的性能，但是由于纳米纤维膜的孔隙率较高，使得电纺纳米纤维膜的力学 性能普遍不佳，因此极大地限制了纳米纤维膜在很多领域的应用。常见的提高纳米材料力学性能的方法有： 添加刚性无机纳米粒子、化学交联和热退火处理等。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种壳聚糖交联抗菌纳米纤维膜及其制备方法，该纳米纤维膜机械 性能好，抗菌效果佳。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种壳聚糖交联抗菌纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：
S1.将大豆卵磷脂、胆固醇与松油烯-4-醇加入到氯仿中，充分搅拌使其完全溶解，室温下旋蒸除去氯 仿后注入到5～7倍体积的含3～5g/L表面活性剂的水中，以10000～12000r/min速度均质，用10～20g/L聚乙 烯醇6000溶液透析浓缩至1/5～1/7体积，制得松油烯-4-醇脂质体；
S2.将抗氧化剂、苦杏仁粉碎后与橄榄苦苷酸一同加入到PBS缓冲液中，冰浴下以10000～12000r/min 速度均质5～8min，再在20～28℃下搅拌反应8～10h，过滤超滤后喷雾干燥制得抗菌保护交联剂；
S3.将相对分子量为20～50kDa，脱乙酰度为80～100％的壳聚糖与相对分子质量为105～107的聚氧化乙 烯溶于90％v/v乙酸溶液，充分搅拌，加入松油烯-4-醇脂质体和抗菌保护交联剂，静电纺丝成壳聚糖交联 纳米纤维膜。
优选的，步骤S1中，所述大豆卵磷脂、胆固醇、松油烯-4-醇和氯仿的比例为：(0.5～0.7)g:(0.1～0.3) g:(0.3～0.5)ml:20ml。
优选的，步骤S1中，所述注入速度为4～6ml/min。
优选的，步骤S1中，所述表面活性剂为DMSS(椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠)、MAP(单 月桂基磷酸酯)和CDEA(椰油酸二乙醇酰胺)中的一种。
优选的，步骤S2中，所述抗氧化剂、苦杏仁、橄榄苦苷酸和PBS缓冲液的比例为(0.1～0.2)g:(4～5) g:(2～4)g:(50～75)ml。
优选的，步骤S2中，所述抗氧化剂为BHA(丁基羟基茴香醚)、BHT(二丁基羟基甲苯)和TBHQ (特丁基对苯二酚)中的一种。
优选的，步骤S2中，所述喷雾干燥进口温度为160～200℃，出口温度为40～80℃，进料速率为 10～20ml/min。
优选的，步骤S3中，所述壳聚糖、聚氧化乙烯、乙酸溶液、松油烯-4-醇脂质体和抗菌保护交联剂的 比例为1g:(0.1～0.2)g:50ml:(0.2～0.5)ml:(0.2～0.4)g。
优选的，步骤S3中，所述静电纺丝条件为：纺丝电压12～18kV，流速0.5～1ml/h，接收距离12～20cm。
本发明还提供了一种上述制备方法制备得到的壳聚糖交联抗菌纳米纤维膜。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明利用苦杏仁中的β-葡聚糖酶将橄榄苦苷酸脱去糖基形成活性苷元，此苷元(如式(1)所示 的化学结构式)为裂环烯醚萜，它有三个可与氨基进行接枝的位点，比京尼平多一个，同时具有两个酚羟 基，这表明它还具有一定的抗菌效果。通过它能很好地交联壳聚糖，使壳聚糖纳米纤维膜力学性能明显增 强。
Figure RE-GDA0002477614760000021
2)用抗氧化剂处理苷元能够有效保护酚羟基的活性，同时也有利于松油烯-4-醇脂质体中松油烯-4-醇 的稳定性。
3)本发明制备方法为绿色制造技术，对环境友好。
附图说明
图1是实施例1所制得的壳聚糖交联抗菌纳米纤维膜的扫描电镜图。
图2是本发明实施例和对比例方法制备的纳米纤维膜的抑菌时间曲线对比图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述 只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
一种壳聚糖交联抗菌纳米纤维膜及其制备方法，包括如下步骤：
1、将0.6g大豆卵磷脂、0.2g胆固醇与0.4ml松油烯-4-醇加入到20ml氯仿中，充分搅拌使其完全溶解， 室温下旋蒸除去氯仿，然后用注射器以5ml/min的速度将其注入到6倍体积的含4g/L MAP的水中，再以 11000r/min速度均质，用15g/L聚乙烯醇6000溶液透析浓缩至1/6体积，制得松油烯-4-醇脂质体；
2、将0.15g BHT、4.5g苦杏仁粉碎后与3g橄榄苦苷酸一同加入到60ml PBS缓冲液中，冰浴下以 11000r/min速度均质7min，再在24℃下搅拌反应9h，过滤超滤后，以180℃进口温度，60℃出口温度， 15ml/min进料速率喷雾干燥制得抗菌保护交联剂；
3、将1g相对分子量为40kDa，脱乙酰度为90％的壳聚糖与0.15g相对分子质量为106的聚氧化乙烯 溶于50ml 90％乙酸溶液，充分搅拌，加入0.4ml松油烯-4-醇脂质体和0.3g抗菌保护交联剂，在电压15kV， 流速0.7ml/h，接收距离15cm的条件下静电纺丝成壳聚糖交联纳米纤维膜A，其扫描电镜图如图1所示。
实施例2
一种壳聚糖交联抗菌纳米纤维膜及其制备方法，包括如下步骤：
1、将0.5g大豆卵磷脂、0.1g胆固醇与0.3ml松油烯-4-醇加入到20ml氯仿中，充分搅拌使其完全溶解， 室温下旋蒸除去氯仿，然后用注射器以4ml/min的速度将其注入到5倍体积的含3g/L DMSS的水中，再以 10000r/min速度均质，用10g/L聚乙烯醇6000溶液透析浓缩至1/5体积，制得松油烯-4-醇脂质体；
2、将0.1g BHA、4g苦杏仁粉碎后与2g橄榄苦苷酸一同加入到50ml PBS缓冲液中，冰浴下以10000r/min 速度均质5min，再在20℃下搅拌反应8h，过滤超滤后，以160℃进口温度，40℃出口温度，10ml/min进 料速率喷雾干燥制得抗菌保护交联剂；
3、将1g相对分子量为20kDa，脱乙酰度为80％的壳聚糖与0.1g相对分子质量为105的聚氧化乙烯溶 于50ml 90％乙酸溶液，充分搅拌，加入0.2ml松油烯-4-醇脂质体和0.2g抗菌保护交联剂，在电压12kV， 流速0.5ml/h，接收距离12cm的条件下静电纺丝成壳聚糖交联纳米纤维膜B。
实施例3
一种壳聚糖交联抗菌纳米纤维膜及其制备方法，包括如下步骤：
1、将0.7g大豆卵磷脂、0.3g胆固醇与0.5ml松油烯-4-醇加入到20ml氯仿中，充分搅拌使其完全溶解， 室温下旋蒸除去氯仿，然后用注射器以6ml/min的速度将其注入到7倍体积的含5g/L CDEA的水中，再以 12000r/min速度均质，用20g/L聚乙烯醇6000溶液透析浓缩至1/7体积，制得松油烯-4-醇脂质体；
2、将0.2g TBHQ、5g苦杏仁粉碎后与4g橄榄苦苷酸一同加入到75ml PBS缓冲液中，冰浴下以 12000r/min速度均质8min，再在28℃下搅拌反应10h，过滤超滤后，以200℃进口温度，80℃出口温度， 20ml/min进料速率喷雾干燥制得抗菌保护交联剂；
3、将1g相对分子量为50kDa，脱乙酰度为100％的壳聚糖与0.2g相对分子质量为107的聚氧化乙烯 溶于50ml 90％乙酸溶液，充分搅拌，加入0.5ml松油烯-4-醇脂质体和0.4g抗菌保护交联剂，在电压18kV， 流速1ml/h，接收距离20cm的条件下静电纺丝成壳聚糖交联纳米纤维膜C。
对比例1(少抗氧化剂)
一种壳聚糖交联纳米纤维膜及其制备方法，包括如下步骤：
1、将0.6g大豆卵磷脂、0.2g胆固醇与0.4ml松油烯-4-醇加入到20ml氯仿中，充分搅拌使其完全溶解，室 温下旋蒸除去氯仿，然后用注射器以5ml/min的速度将其注入到6倍体积的含4g/L MAP的水中，再以 11000r/min速度均质，用15g/L聚乙烯醇6000溶液透析浓缩至1/6体积，制得松油烯-4-醇脂质体；
2、将4.5g苦杏仁粉碎后与3g橄榄苦苷酸一同加入到60ml PBS缓冲液中，冰浴下以11000r/min速度均质 7min，再在24℃下搅拌反应9h，过滤超滤后，以180℃进口温度，60℃出口温度，15ml/min进料速率喷 雾干燥制得抗菌保护交联剂；
3、将1g相对分子量为40kDa，脱乙酰度为90％的壳聚糖与0.15g相对分子质量为106的聚氧化乙烯溶于 50ml 90％乙酸溶液，充分搅拌，加入0.4ml松油烯-4-醇脂质体和0.3g抗菌保护交联剂，在电压15kV，流 速0.7ml/h，接收距离15cm的条件下静电纺丝成壳聚糖交联纳米纤维膜D。
对比例2(少苦杏仁)
一种壳聚糖交联纳米纤维膜及其制备方法，包括如下步骤：
1、将0.6g大豆卵磷脂、0.2g胆固醇与0.4ml松油烯-4-醇加入到20ml氯仿中，充分搅拌使其完全溶解，室 温下旋蒸除去氯仿，然后用注射器以5ml/min的速度将其注入到6倍体积的含4g/L MAP的水中，再以 11000r/min速度均质，用15g/L聚乙烯醇6000溶液透析浓缩至1/6体积，制得松油烯-4-醇脂质体；
2、将0.15g BHT与3g橄榄苦苷酸一同加入到60ml PBS缓冲液中，冰浴下以11000r/min速度均质7min， 再在24℃下搅拌反应9h，过滤超滤后，以180℃进口温度，60℃出口温度，15ml/min进料速率喷雾干燥制 得抗菌保护交联剂；
3、将1g相对分子量为40kDa，脱乙酰度为90％的壳聚糖与0.15g相对分子质量为106的聚氧化乙烯溶于 50ml 90％乙酸溶液，充分搅拌，加入0.4ml松油烯-4-醇脂质体和0.3g抗菌保护交联剂，在电压15kV，流 速0.7ml/h，接收距离15cm的条件下静电纺丝成壳聚糖交联纳米纤维膜E。
对比例3(少橄榄苦苷酸)
一种壳聚糖交联纳米纤维膜及其制备方法，包括如下步骤：
1、将0.6g大豆卵磷脂、0.2g胆固醇与0.4ml松油烯-4-醇加入到20ml氯仿中，充分搅拌使其完全溶解，室 温下旋蒸除去氯仿，然后用注射器以5ml/min的速度将其注入到6倍体积的含4g/L MAP的水中，再以 11000r/min速度均质，用15g/L聚乙烯醇6000溶液透析浓缩至1/6体积，制得松油烯-4-醇脂质体；
2、将0.15g BHT与4.5g苦杏仁粉碎后一同加入到60ml PBS缓冲液中，冰浴下以11000r/min速度均质7min， 再在24℃下搅拌反应9h，过滤超滤后，以180℃进口温度，60℃出口温度，15ml/min进料速率喷雾干燥制 得抗菌保护交联剂；
3、将1g相对分子量为40kDa，脱乙酰度为90％的壳聚糖与0.15g相对分子质量为106的聚氧化乙烯溶于 50ml 90％乙酸溶液，充分搅拌，加入0.4ml松油烯-4-醇脂质体和0.3g抗菌保护交联剂，在电压15kV，流 速0.7ml/h，接收距离15cm的条件下静电纺丝成壳聚糖交联纳米纤维膜F。
力学性能测试
用日本Kato-Tech公司KES-G1型多功能拉伸试验仪对实施例1-3和对比例1-3的纳米纤维膜进行单轴 拉伸测试，试样尺寸6cm×0.5cm，夹持距离4cm，拉伸速率0.05cm/s。纳米纤维力学性能测试结果如表1 所示。
表1纳米纤维力学性能测试结果
样品 最大拉伸应力(MPa) 最大拉伸应变(％) 杨氏模量(MPa)
实施例1 17.6±0.2 80.8±1.6 0.22±0.01
实施例2 16.5±0.5 67.7±2.2 0.24±0.00
实施例3 16.3±0.3 73.4±2.6 0.22±0.00
对比例1 12.0±0.5 50.1±4.2 0.24±0.01
对比例2 12.4±0.4 45.8±2.6 0.27±0.02
对比例3 11.6±0.1 47.9±2.6 0.24±0.01
根据表1可知，本发明实施例制备的纳米纤维膜的最大拉伸应力比对比例的提高了4～6MPa，最大拉 伸应变也提高了30～70％。而实施例和对比例纳米纤维膜的杨氏模量没有显著差异。
抗菌性能测试
取1g上述实施例1-3和对比例1-3制备的纳米纤维膜放入透析袋中置于200ml PBS缓冲液，磁力搅拌 进行释放。经过一段时间释放后取出材料，利用AATCC100-2004标准检验材料对金黄色葡萄球菌和大肠 杆菌的抑菌效果，测试结果如图2所示。图2中，A为实施例1的抑菌时间曲线，B为实施例2的抑菌时 间曲线，C为实施例3的抑菌时间曲线，D为对比例1的抑菌时间曲线，E为对比例2的抑菌时间曲线，F 为对比例3的抑菌时间曲线。
根据图2可以发现实施例1-3制备的纳米纤维膜在释放至21d后仍能保持对金黄色葡萄球菌和大肠杆 菌较佳的抑菌效果，而对比例1-3制备的纳米纤维膜释放3d后对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率均降 至40％以下，释放至6d后对金黄色葡萄球菌可检测的抑菌效果消失，释放至9d后对大肠杆菌可检测的抑 菌效果消失。结果说明本发明制备的纳米纤维膜具有更加优良的缓释抗菌性能。
本发明提供了一种壳聚糖交联抗菌纳米纤维膜及其制备方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方 法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种壳聚糖交联抗菌纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将大豆卵磷脂、胆固醇与松油烯-4-醇加入到氯仿中，充分搅拌使其完全溶解，室温下旋蒸除去氯仿后注入到5～7倍体积的含3～5g/L表面活性剂的水中，以10000～12000r/min速度均质，用10～20g/L聚乙烯醇6000溶液透析浓缩至1/5～1/7体积，制得松油烯-4-醇脂质体；
S2.将抗氧化剂、苦杏仁粉碎后与橄榄苦苷酸一同加入到PBS缓冲液中，冰浴下以10000～12000r/min速度均质5～8min，再在20～28℃下搅拌反应8～10h，过滤超滤后喷雾干燥制得抗菌保护交联剂；所述抗氧化剂、苦杏仁、橄榄苦苷酸和PBS缓冲液的比例为(0.1～0.2)g:(4～5)g:(2～4)g:(50～75)ml；所述抗氧化剂为BHA、BHT和TBHQ中的一种；
S3.将相对分子量为20～50kDa，脱乙酰度为80～100％的壳聚糖与相对分子质量为105～107的聚氧化乙烯溶于90％v/v乙酸溶液，充分搅拌，加入所述松油烯-4-醇脂质体和所述抗菌保护交联剂，静电纺丝成壳聚糖交联纳米纤维膜；所述壳聚糖、聚氧化乙烯、乙酸溶液、松油烯-4-醇脂质体和抗菌保护交联剂的比例为1g:(0.1～0.2)g:50ml:(0.2～0.5)ml:(0.2～0.4)g。
2.根据权利要求1所述的一种壳聚糖交联抗菌纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述大豆卵磷脂、胆固醇、松油烯-4-醇和氯仿的比例为：(0.5～0.7)g:(0.1～0.3)g:(0.3～0.5)ml:20ml。
3.根据权利要求1所述的一种壳聚糖交联抗菌纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述注入速度为4～6ml/min。
4.根据权利要求1所述的一种壳聚糖交联抗菌纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述表面活性剂为DMSS、MAP和CDEA中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种壳聚糖交联抗菌纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述喷雾干燥进口温度为160～200℃，出口温度为40～80℃，进料速率为10～20ml/min。
6.根据权利要求1所述的一种壳聚糖交联抗菌纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述静电纺丝条件为：纺丝电压12～18kV，流速0.5～1ml/h，接收距离12～20cm。
7.根据权利要求1～6任一项所述制备方法制备得到的壳聚糖交联抗菌纳米纤维膜。
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