一种银纳米粒子‑丝素蛋白抗菌复合薄膜的制备方法与流程

本发明涉及一种制备方法，更具体地说，涉及一种银纳米粒子-丝素蛋白抗菌复合薄膜的制备方法。

背景技术：

丝素蛋白是一种天然高分子蛋白，由于其具有优异的力学性能、生物相容性以及生物降解性，且对人体无毒、无害，近年来被广泛应用于生物医学，化妆品，药物传输等领域。近年来，随着技术的发展，越来越多的以丝素蛋白为基底的生物材料被发明创造并且应用。例如，丝素蛋白薄膜可以作为制备生物传感器的基底，同时也可以做为食品防腐的保鲜膜；丝素蛋白粉末可以作为护肤品的添加剂以增加互粉品的保水性和生物相容性；丝素蛋白纳米小球可以作为药物传输和释放的载体被应用到生物医疗领域。

利用丝素蛋白来制备金属纳米粒子-丝素蛋白功能性复合材料是一个很重要的领域。基本思路是通过特定的物理、化学放方法将金属纳米粒子和丝素蛋白有效的结合在一起，使得制备得到的功能性复合材料同时具有金属纳米粒子和丝素蛋白的优势。金属纳米粒子-丝素蛋白功能性复合材料的制备方法主要分为两大类：一是先制备金属纳米粒子，然后再将丝素蛋白与金属纳米混合，经过电纺丝、制膜、干燥等方法得到复合物(如美国发明专利US20130310908A1；中国发明专利CN201210258495)；二是利用丝素蛋白材料先和金属离子结合，再利用化学还原方法而制得复合物(如中国发明专利CN101044848；中国发明专利CN102618043)，前一种方法丝素蛋白和金属纳米粒子间相互作用弱，制备得到的复合物均一性差；后一种方法金属纳米的形貌可控性差，且由于丝素蛋白参与化学反应从而使得其结构改变，影响复合材料的生物相容性能和力学性能。

银纳米粒子是一种被广泛研究的功能金属纳米材料，不仅具有纳米材料所特有的表面效应和量子尺寸效应，同时还具有优异的光学性能、催化性能和抗菌性能。因此，它被广泛用作光学材料、催化剂和生物传感器材料等。除此之外，由于银纳米粒子毒性低，并且对生活中许多种类的细菌、真菌和病毒具有不同程度的抑制作用，因此还可应用于医药行业和化妆品行业。银纳米粒子的制备方法很多，有化学还原法、电化学法和光还原法等。此外，通过改变具体的实验条件，如表面稳定剂的种类，实验温度等，可以有效的调控银纳米粒子的形貌和尺寸。

基于银纳米粒子的良好的抗菌性能以及丝素蛋白优异的生物相容性和力学性能，制备一种具有抗菌性的银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜已经成为研究的热点之一，其有望成为一种抑制细菌，治疗感染创面的功能材料。一般会利用丝素蛋白原位还原银纳米粒子的方法制备得到了银纳米粒子-丝蛋白复合材料，然而该方法中丝素蛋白参与了化学反应，其原始的蛋白结构受到了破坏，蛋白的分子量降低，从而降低了复合材料的力学性能和其他生物性能；另外，制备得到的银纳米粒子尺寸均一性差，形貌也不可控。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服上述的不足，提供了一种银纳米粒子-丝素蛋白抗菌复合薄膜的制备方法，采用本发明的技术方案，采用天然的丝素蛋白作为材料集体，通过参杂化学湿法合成的银纳米粒子从而制备得到尺寸均一的银纳米粒子-丝素蛋白复合物，进而制得银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜，银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜具有良好的力学性能、抗菌性能和非水溶性。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种银纳米粒子-丝素蛋白抗菌复合薄膜的制备方法，其步骤为：

1)银纳米粒子溶液的制备：(1-1)配制硝酸银和柠檬酸钠的混合水溶液，其中硝酸银和柠檬酸钠按照摩尔比为1∶1进行混合；(1-2)快速搅拌上述混合溶液，同时将预冷却到零度的硼氢化钠溶液快速注入，液的颜色从无色透明迅速变成黄色；(1-3)持续搅拌2个小时，即可得到银纳米粒子溶液；

2)脱胶蚕丝的制备：(2-1)利用0.5wt％的碳酸钠和1wt％的马赛皂的混合水溶液将蚕茧煮沸，煮沸时间为30分钟，同时要求煮沸过程中不断搅拌；(2-2)煮沸完成后将脱胶的蚕丝捞出并用净水反复清洗；(2-3)重复上述步骤(2-1)和步骤(2-2)进行二次脱胶；(2-4)将完成步骤(2-3)后得到的脱胶蚕丝置于干燥通风处过夜干燥；

3)银纳米粒子-丝素蛋白复合物粉末的制备：(3-1)用浓度为99.9％的三氟乙酸溶解步骤2)制得的脱胶蚕丝；(3-2)将步骤(3-1)制得的溶液注入到步骤1)制得的银纳米粒子溶液中，并缓慢搅拌至溶液呈现均一态；(3-3)用氢氧化钠溶液调节步骤(3-2)制得的溶液pH值至中性；(3-4)快速搅拌步骤(3-3)制得的溶液至沉淀产生，并持续搅拌至上层溶液澄清；(3-5)过滤出步骤(3-4)中沉淀，并清水洗涤，烘干，即可得到银纳米粒子-丝素蛋白复合物粉末；

4)银纳米粒子-丝素蛋白复合物薄膜的制备：(4-1)用浓度为99.9％的三氟乙酸溶解步骤3)制得的银纳米粒子-丝素蛋白复合物粉末；(4-2)将步骤(4-1)制得的溶液浇铸于制膜容器中，并在室温下干燥成膜；(4-3)将步骤(4-2)制得的薄膜用清水和95％的乙醇水溶液依次洗涤后在室温下干燥。

更进一步地，所述的步骤1)中制得的银纳米粒子的紫外可见吸收光谱图中，在300nm到800nm范围内于408nm处有特征吸收峰；所述的步骤1)中制得的银纳米粒子的透射电镜图图中标尺为20nm，颗粒尺寸均一，呈球状，直径大小为10nm。

更进一步地，所述的步骤2)中制得的脱胶蚕丝的傅里叶红外光谱图中，在1400cm^-1到1800cm^-1的光谱范围内于1512cm^-1、1622cm^-1、1698cm^-1处有特征峰；所述的步骤4)中制得的银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜的傅里叶红外光谱图中，在1400cm^-1到1800cm^-1的光谱范围内于1512cm^-1、1531cm^-1、1622cm^-1、1643cm^-1、1698cm^-1处有特征峰。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种银纳米粒子-丝素蛋白抗菌复合薄膜的制备方法，其采用天然的丝素蛋白作为材料集体，通过参杂化学湿法合成的银纳米粒子从而制备得到尺寸均一的银纳米粒子-丝素蛋白复合物，操作简单易行，绿色环保；

(2)本发明的一种银纳米粒子-丝素蛋白抗菌复合薄膜的制备方法，其制备得到的银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜中银纳米粒子的均一度好，呈规则球状，且银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜具有良好的力学性能和非水溶性，可以弯曲，拉伸，延展；另外制备得到的银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜可以抑制细菌的生长，具有良好的抗菌性能。

附图说明

图1为本发明中银纳米粒子的紫外可见吸收光谱图；

图2为本发明中银纳米粒子的透射电镜图；

图3为本发明中脱胶蚕丝、银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜的傅里叶红外光谱图。

图4为本发明中银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜的抗菌性能测试示意图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

本实施例的一种银纳米粒子-丝素蛋白抗菌复合薄膜的制备方法，其步骤为：

1)银纳米粒子溶液的制备：(1-1)配制硝酸银和柠檬酸钠的混合水溶液，其中硝酸银和柠檬酸钠按照摩尔比为1∶1进行混合；(1-2)快速搅拌上述混合溶液，同时将预冷却到零度的硼氢化钠溶液快速注入，液的颜色从无色透明迅速变成黄色；(1-3)持续搅拌2个小时，即可得到银纳米粒子溶液；具体为配制200毫升硝酸银和柠檬酸钠的混合水溶液，其中硝酸银为0.25mM，柠檬酸钠0.25mM；所述的步骤(1-2)具体为快速搅拌步骤(1-1)制得的混合溶液，同时将预冷却到零度的6.0毫升10mM硼氢化钠溶液快速注入，溶液的颜色从无色透明迅速变成黄色；

获取对步骤1)中制备得到的银纳米粒子的紫外可见吸收光谱图(参加图1所示)，图中在300nm到800nm范围内于408nm处有特征吸收峰，表明银纳米粒子尺寸较小且均一；

对步骤1)中制备得到的银纳米粒子进行

获取步骤1)中制备得到的银纳米粒子的透射电镜图(参加图2所示)，图中标尺为20nm，颗粒尺寸均一，呈球状，直径大小为10nm；

2)脱胶蚕丝的制备：(2-1)利用0.5wt％的碳酸钠和1wt％的马赛皂的混合水溶液将蚕茧煮沸，煮沸时间为30分钟，同时要求煮沸过程中不断搅拌，具体为为将14个蚕茧剪切成小细条状，利用1升0.5wt％的碳酸钠和1wt％的马赛皂的混合水溶液将上述蚕茧煮沸，煮沸时间为30分钟，同时要求煮沸过程中不断搅拌；(2-2)煮沸完成后将脱胶的蚕丝捞出并用净水反复清洗；(2-3)重复上述步骤(2-1)和步骤(2-2)进行二次脱胶；(2-4)将完成步骤(2-3)后得到的脱胶蚕丝置于干燥通风处过夜干燥；

3)银纳米粒子-丝素蛋白复合物粉末的制备：(3-1)用浓度为99.9％的三氟乙酸溶解步骤2)制得的脱胶蚕丝，具体为为用400毫升浓度为99.9％的三氟乙酸溶解步骤2)制得的脱胶蚕丝；(3-2)将步骤(3-1)制得的溶液注入到步骤1)制得的银纳米粒子溶液中，并缓慢搅拌至溶液呈现均一态，具体为将步骤(3-1)制得的溶液注入到200毫升步骤1)制得的银纳米粒子溶液中，并缓慢搅拌至溶液呈现均一态；(3-3)用氢氧化钠溶液调节步骤(3-2)制得的溶液pH值至中性，具体为用1M氢氧化钠溶液调节步骤(3-2)制得的溶液pH值至中性；(3-4)快速搅拌步骤(3-3)制得的溶液至沉淀产生，并持续搅拌至上层溶液澄清；(3-5)过滤出步骤(3-4)中沉淀，并清水洗涤，烘干，即可得到银纳米粒子-丝素蛋白复合物粉末；采用天然的丝素蛋白作为材料集体，通过参杂化学湿法合成的银纳米粒子从而制备得到尺寸均一的银纳米粒子-丝素蛋白复合物，操作简单易行，绿色环保；

4)银纳米粒子-丝素蛋白复合物薄膜的制备：(4-1)用浓度为99.9％的三氟乙酸溶解步骤3)制得的银纳米粒子-丝素蛋白复合物粉末；(4-2)将步骤(4-1)制得的溶液浇铸于制膜容器中，并在室温下干燥成膜；(4-3)将步骤(4-2)制得的薄膜用清水和95％的乙醇水溶液依次洗涤后在室温下干燥；制备得到的银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜中银纳米粒子的均一度好，呈规则球状，且银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜具有良好的力学性能和非水溶性，可以弯曲，拉伸，延展，另外制备得到的银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜可以抑制细菌的生长，具有良好的抗菌性能。

获取步骤4)中制得的银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜和步骤2)中制得的脱胶蚕丝的在1400cm^-1到1800cm^-1的光谱范围内的傅里叶红外光谱图(参加图3所示)，图中曲线A是脱胶蚕丝，脱胶蚕丝的红外特征峰出现在1512cm^-1、1622cm^-1、1698cm^-1处，表明蚕丝蛋白结构主要是Silk II结构(β-折叠结构)，表现出非水溶性；图中曲线B是银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜，银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜的红外特征峰出现在1512cm^-1、1531cm^-1、1622cm^-1、1643cm^-1、1698cm^-1，其中1531cm^-1、1643cm^-1代表Silk I结构(无规线团和α-螺旋结构)，根据分析可知步骤4)中制备得到的银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜同时含有β-折叠结构、α-螺旋结构和无规线团结构，银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜中蚕丝结构未被破坏，α-螺旋结构和无规线团结构的存在使得银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜表现出可延展性好的特征，但是从相对含量来看，β-折叠结构是主要结构，α-螺旋结构和无规线团结构的含量较低，从而银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜表现出非水溶性。

将步骤4)中制得的银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜置于大肠杆菌的培养皿中，置于37摄氏度约12小时，然后取出观察银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜位置处大肠杆菌的生长情况(参加图4所示)，图中表面银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜可以有效抑制大肠杆菌的生长，而普通的丝素蛋白薄膜则不能有效抑制大肠杆菌的生长，进而说明银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜具有优良的抗菌性能。

本发明的一种银纳米粒子-丝素蛋白抗菌复合薄膜的制备方法，采用天然的丝素蛋白作为材料集体，通过参杂化学湿法合成的银纳米粒子从而制备得到尺寸均一的银纳米粒子-丝素蛋白复合物，进而制得银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜，银纳米粒子-丝素蛋白复合薄膜具有良好的力学性能、抗菌性能和非水溶性。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。