CN116078175A - 一种基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜 - Google Patents

一种基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜 Download PDF

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Abstract

本发明涉及医药材料技术领域，具体涉及基于壳聚糖的氮化碳‑聚多巴胺‑纳米银抗菌复合膜。本发明将C3N4‑PDA‑Ag复合物引入到CS基薄膜中，得到基于壳聚糖的氮化碳‑聚多巴胺‑纳米银抗菌复合膜，该复合膜具有光催化抗菌和纳米银协调抗菌双重功能，相较于单纯CS薄膜，复合物的添加增强了薄膜的力学性能和抗菌性能，同时具有良好的生物相容性。

Description

一种基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜
技术领域
本发明涉及医药材料技术领域，具体涉及基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜。
背景技术
由病菌引起的伤口感染是目前治疗创面并促进其愈合所面临的一项挑战。因此，具有抗菌活性的多功能材料仍需进行开发。目前，一些基于壳聚糖、海藻酸钠等天然高分子多糖制成的膜，具有低的机械强度、差的氧气透过率和水蒸气透过率，以及有限的抗菌性能。
发明内容
为了解决现有技术的问题，一方面，本发明提供了一种基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜的制备方法，其包括以下步骤：
(1)C3N4-PDA复合物制备：将g-C3N4与多巴胺(DA)加入到浓度为10mM的Tris溶液中(pH＝8.5)，反应24h后，离心、冷冻干燥后得到C3N4-PDA复合物；
(2)C3N4-PDA-Ag复合物的制备：配置浓度为50mM的硝酸银溶液，向其中加入的氨水，得到银氨溶液，将步骤(1)中的C3N4-PDA复合物加入到上述银氨溶液中，在室温下反应3h后离心、冷冻干燥得到C3N4-PDA-Ag复合物；
(3)基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜制备：配置质量分数为2％的壳聚糖醋酸-水溶液(醋酸浓度为0.5M)，加入步骤(2)中C3N4-PDA-Ag复合物至2％的壳聚糖醋酸-水溶液中，然后向溶液中加入甘油，搅拌反应2h后，倒在模具中，于40℃下烘干24h，得到基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜。
在一些实施方式中，所述步骤(1)中g-C3N4与多巴胺(DA)的重量比为1：1。
在一些实施方式中，所述步骤(1)中g-C3N4与Tris溶液的重量体积比为mg/ml为10：5。
在一些实施方式中，所述步骤(2)中硝酸银溶液与氨水的体积比为100：1。
在一些实施方式中，所述步骤(3)中C3N4-PDA-Ag复合物与2％的壳聚糖醋酸-水溶液中壳聚糖的重量比为0.5％～2.5％。
在一些实施方式中，所述步骤(3)中甘油与2％的壳聚糖醋酸-水溶液的重量比为25％。
在一些实施方式中，所述步骤(3)中2％的壳聚糖醋酸-水溶液的配置步骤:为先配置0.5mol/L醋酸溶液，之后加入壳聚糖，配制成质量浓度为2％的壳聚糖醋酸-水溶液。
另一方面，本发明提供了一种有上述制备方法制备得到的基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜。
再一方面，本发明提供所述基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜在伤口愈合的多功能材料中的应用。
与现有技术相比，本发明将C3N4-PDA-Ag复合物引入到CS基薄膜中，得到基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜，该复合膜具有光催化抗菌和纳米银协调抗菌双重功能，相较于单纯CS薄膜，复合物的添加增强了薄膜的力学性能和抗菌性能，同时具有良好的生物相容性。
附图说明
图1为DA、C3N4、C3N4-PDA的红外光谱图。
图2为SEM(a)C3N4(b)C3N4-PDA(c)C3N4-PDA-Ag
图3为不同膜的溶解性和溶胀性图。
图4(a)黑暗条件下C0、C1、C2、C3对金黄色葡萄球菌的抑菌作用(b)光照条件下C0、C1、C2、C3对金黄色葡萄球菌的抑菌作用。
图5为不同膜对L929的细胞毒性作用影响图。
图6为本发明复合膜的制备过程。
具体实施方式
下列实施例用于进一步解释说明本发明，但是，它们并不构成对本发明范围的限制或限定。
实施例1不同质量C3N4-PDA-Ag复合物的CS膜的制备
1)C3N4-PDA复合物制备：将g-C3N4与多巴胺(DA)按照100mg:100mg重量比例加入到50ml浓度为10mM的Tris溶液中(pH＝8.5)，反应24h后，离心、冷冻干燥后得到C3N4-PDA复合物；
2)C3N4-PDA-Ag复合物的制备：配置浓度为50mM的硝酸银溶液，取50ml硝酸银溶液,并向其中加入500ul氨水，得到银氨溶液，将0.1g C3N4-PDA复合物加入到上述银氨溶液中，在室温下反应3h后离心、冷冻干燥得到C3N4-PDA-Ag复合物；
3)不同质量C3N4-PDA-Ag复合物的CS膜：配置质量分数为2％的壳聚糖醋酸-水溶液(醋酸浓度为0.5M)，之后分别取0mg、0.5mg、1.5mg、2.5mg的C3N4-PDA-Ag复合物加入至50mL的2％的壳聚糖醋酸-水溶液中，使得C3N4-PDA-Ag复合物与壳聚糖的质量比分别为0％、0.5％、1.5％、2.5％，再分别向上述溶液中分别加入25g甘油，搅拌反应2h后，倒在模具中，于40℃下烘干24h，使用质量分数为5％的氢氧化钠溶液浸泡30min后，用纯水洗净后，室温放置至成膜，得到CS基不同质量分数的C3N4-PDA-Ag的薄膜，分别记作C0、C1、C2、C3。
傅里叶变换红外分析(FT-IR)表征的具体方法：
采用FT-IR仪器(Tensor II，德国Bruker公司)对样品C3N4、DA以及冷冻干燥后的C3N4-PDA进行压片制样，依据溴化钾压片法，记录4000cm-1-400cm-1范围内的光谱，结果见图1。
扫描电子显微镜(SEM)表征的具体方法：
在3kV的加速电压下，利用Zeiss Sigma500型SEM(德国默克公司)观察C3N4、C3N4-PDA、C3N4-PDA-Ag的表面形貌，结果见图2。
通过FI-IR(图1)、SEM(图2)等表征，证明C3N4-PDA-Ag复合物已合成。图1结果表明：在C3N4-PDA的红外谱图中，既可以观察到C3N4(809.4cm-1)的特征峰，也可以观察到DA的-OH峰(3430.4cm-1),其结果表明C3N4-PDA已合成。图2(a)为C3N4的SEM图，图2(b)可以观察到PDA颗粒附着于C3N4表面，图2(c)中有部分PDA球附着于其表面，相较于图2(a)，表面有较为明显的覆盖层。这些结果均表明：已成功制备出C3N4-PDA-Ag复合物。
实施例2溶胀性(Wws)和溶解性(Wsb)的测定
将不同质量C3N4-PDA-Ag复合物的CS膜烘干至恒重，称量并记录初始干重(M0)。在25℃的温度下，将薄膜在去离子水中浸泡24h，取出薄膜并用滤纸擦去表面的水，然后称重(M1)。在40℃烘干24h后，称重薄膜，并记录最终干重(M2)。每个样本重复三次。结果是根据以下公式计算的：
Figure BDA0003725976300000031
Figure BDA0003725976300000032
结果如图3所示，图3为不同膜的溶胀性和溶解性的变化图，其结果表明：添加C3N4-PDA-Ag复合物后CS膜的溶解性能有明显的下降，而溶胀性能略微下降，这是由于C3N4-PDA-Ag复合物的添加使复合膜更加致密、密封。
实施例3不同质量C3N4-PDA-Ag复合物的CS膜的抗菌性能研究
以金黄色葡萄球菌为模型，测定CS基C3N4-PDA-Ag复合膜的抗菌活性。具体方法如下：将实验室自存的金黄色葡萄球菌进行复活，并培养至菌的生长期。通过比浊法，对菌液进行稀释。稀释至菌浓度为1.0×106CUF/mL，与C0、C1、C2、C3进行混合，分别给予黑暗中孵育1h，或光照15min，黑暗中孵育45min。孵育结束后，取10μL菌液至平板中，于恒温培养箱培养24h。每组平行3次，依据以下公式计算抗菌率。
Figure BDA0003725976300000033
CFU0代表对照组菌落数，CFU代表与不同复合膜孵育后的菌落数。
结果如图4所示，研究结果表明：C1、C2、C3对金黄色葡萄球菌的抑菌率在黑暗条件下均大于80％，在光照条件下的抑菌率可达90％以上，且其抗菌活性都大于C0膜。
实施例4不同质量C3N4-PDA-Ag复合物的CS膜体外生物相容性研究
通过MTT(四甲基偶氮唑盐)法评价复合膜对小鼠成纤维细胞(L929)的毒性作用。将L929细胞以2×104细胞/孔种在96孔板中，置于37℃细胞培养箱中培养24h。同时，将C0、C1、C2、C3与细胞培养基培养孵育24h得到样品浸提液。细胞培养结束后，将样品浸提液稀释至浓度为200μg/mL，取20μL加入到96孔板中，对照组加入20μL的培养基，再次培养24h。培养结束后，取出96孔板加入20μL的MTT，继续培养4h，移去上清后，加入150μL的二甲基亚砜(DMSO)，置于酶标仪中测量波长为490nm处的OD值。通过以下公式，计算细胞存活率：
Figure BDA0003725976300000041
OD1代表加入浸提液处的OD值，OD2代表空白对照组的OD值。
结果见图5所示，结果表明：CS基C3N4-PDA-Ag复合膜添加浓度为200μg/mL时，不同质量的C3N4-PDA-Ag复合物的CS膜处理的细胞的存活率均在90％以上。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)C3N4-PDA复合物制备：将g-C3N4与多巴胺(DA)加入到浓度为10mM的Tris溶液中(pH＝8.5)，反应24h后，离心、冷冻干燥后得到C3N4-PDA复合物；
(2)C3N4-PDA-Ag复合物的制备：配置浓度为50mM的硝酸银溶液，向其中加入的氨水，得到银氨溶液，将步骤(1)中的C3N4-PDA复合物加入到上述银氨溶液中，在室温下反应3h后离心、冷冻干燥得到C3N4-PDA-Ag复合物；
(3)基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜制备：配置质量分数为2％的壳聚糖醋酸-水溶液(醋酸浓度为0.5M)，加入步骤(2)中C3N4-PDA-Ag复合物至2％的壳聚糖醋酸-水溶液中，然后向溶液中加入甘油，搅拌反应2h后，倒在模具中，于40℃下烘干24h，得到基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜。
2.如权利要求1所述一种基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中g-C3N4与多巴胺(DA)的重量比为1：1。
3.如权利要求1所述一种基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中g-C3N4与Tris溶液的重量体积比为mg/ml为10：5。
4.如权利要求1所述一种基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中硝酸银溶液与氨水的体积比为100：1。
5.如权利要求1所述一种基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中C3N4-PDA-Ag复合物与2％的壳聚糖醋酸-水溶液中壳聚糖的重量比为0.5％～2.5％。
6.如权利要求1所述一种基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中甘油与2％的壳聚糖醋酸-水溶液的重量比为25％。
7.如权利要求1所述一种基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中2％的壳聚糖醋酸-水溶液的配置步骤：为先配置0.5mol/L醋酸溶液，之后加入壳聚糖，配制成质量浓度为2％的壳聚糖醋酸-水溶液。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的制备方法制备得到的基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜。
9.如权利要求9所述基于壳聚糖的氮化碳-聚多巴胺-纳米银抗菌复合膜在伤口愈合的多功能材料中的应用。
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