一种表面微图案设计的抗菌表面及抗菌膜的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种表面微图案设计的抗菌表面及抗菌膜，属于抗菌包装膜以及复合膜技术领域。
【背景技术】
[0002]随着食品行业的大规模发展，食品在世界范围内流通扩展，不仅需要维持食品较长的货架寿命，而且还希望在尽量少添加防腐剂的情况下保持食品营养新鲜的品质。而传统的食品包装主要是通过物理手段隔绝被包装食品与外界环境的接触来保持食品品质，而本身不具备任何生物活性。此种情况下，为了保持食品的货架寿命，往往需要直接往食品中添加大量的防腐剂，然而在抗菌剂发生效应的过程中，尤其是初期，高浓度的抗菌剂不仅可能使细菌产生耐受性，而且会带来食品安全问题。
[0003]造成食品腐烂变质的主要诱因是微生物的大量繁殖和代谢，而食品的腐烂变质是首先从食品的表面开始的。抗菌包装材料可抑制贮藏过程中食品微生物的生长，将逐渐减少或代替向食品中加入盐、糖或防腐剂等延长食品保质期的方法，最大限度地保持了食品的新鲜口味，从而能更好地保证食品的营养和风味；另一方面由于抗菌包装具有的抑菌防腐作用，能够减少食品加工过程中添加剂的大量加入，有效避免了防腐剂的过量摄入，增加了食品的安全性。
[0004]此外，在医疗领域，以生物材料为中心的感染目前十分严重，引发感染的起因就是细菌粘附在生物材料表面。通过制备具有抗菌性能的膜阻止细菌在生物材料表面的粘附也就显得十分有必要。通过材料表面的微图案化，使材料具有良好抗菌抗粘附性能。与现有技术相比，无纳米抗菌剂的添加，降低了材料生产成本。同时，也排除了纳米颗粒与人体直接接触，在体内富集的可能性，不会对人体健康产生威胁，安全系数更高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种表面微图案设计的抗菌表面及抗菌膜。具有与微图案的抗菌表面，可通过微加工技术，在膜内层制备1nm-1Oym的表面拓扑结构，使其具有抗菌抗黏附性能。可用于此种具有微米、纳米结构的材料包括塑料、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚乳酸PLA等包装类材料，绷带等医疗材料以及冰箱、冷柜、无菌柜等容器内壁的微表面化。具有抗菌性能的微纳结构的类型主要由米字型、条纹型、点阵型，尺寸范围为:10nm-10ym。这种具有微图案的设计用于抗菌食品包装、抗菌贴膜以及生物材料、医疗器材表面以及容器内壁表面。
[0006]本发明的技术方案是这样实现的:
[0007]利用电子束光刻、电子束沉积、光刻胶剥离、反应离子刻蚀、热膜压印等一系列微加工技术，制作表面带有微纳结构的聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚乳酸PLA等材料。制成的微纳结构包括米字型，条纹型，点阵型，大小为10nm-1O μ m。含有此类结构的膜材料具有良好的抗菌性能。
[0008]本发明的有益效果为:本方法用于食品包装时，可不添加或少添加抗菌剂，减少甚至去除了包装材料中抗菌剂对食品本身的污染，降低了抗菌剂与人体直接接触的可能，大大提高了食品包装的安全性；另一方面，本方法用于医疗器材时，可减少细菌对伤口的感染，避免植入性医疗材料对人体的细菌感染。无纳米抗菌剂的添加，排除了纳米颗粒与人体直接接触，在体内富集的可能性，不会对人体健康产生威胁，安全系数更高。
【附图说明】
[0009]图1A带有米字型微纳机构抗菌膜的SEM图，其中(a)图表示平滑的PDMS膜，(b)、(C)、(d)、(e)、(f)分别表示线宽为 1μπι、2μπι、3μπι、4μπι、5μπι 的米字型 PDMS 膜。
[0010]图1B米字型抗菌膜抗菌性能评价。图示与图1A相同。
[0011]图2Α带有条纹型微纳结构抗菌膜的SEM图，其中(a)图表示平滑的PDMS膜，(b)、(C)、(d)、(e)、(f)分别表示线宽为 1μπι、2μπι、3μπι、4μπι、5μπι 的条纹型 PDMS 膜。
[0012]图2Β条纹型抗菌膜抗菌性能评价。图示与图2Α相同。
[0013]图3Α带有点阵型微纳结构抗菌膜的SEM图，其中(a)图表示平滑的PDMS膜，(b)、(C)、(d)、(e)、(f)分别表示线宽为 1μπι、2μπι、3μπι、4μπι、5μπι 的条纹型 PDMS 膜。
[0014]图3Β点阵型抗菌膜抗菌性能评价。图示与图3Α相同。
【具体实施方式】
[0015]实施方法如下:
[0016]实施例1:制备带有米字型微图案的PDMS膜，并验证其抗菌性能:
[0017]首先，将硅片分别置于浓硫酸、水、乙醇中超声各lOmin，然后置于烘箱烘干，在SOOOmirr1的转速下旋涂光刻胶，匀胶时间为lmin，随后置于180°C热台上，5min后将其放入电子束曝光机中，在20kV的电压下根据预先设计好的程序获得500nm，I μηι，2 μηι，3 μπι，4μπι，5μπι线宽的米字型PMMA光栅图案。
[0018]将PDMS基料和PDMS固化剂按质量比10:1充分混合，置于真空干燥箱中抽真空，然后滴涂到图案化后的PMMA表面，放入65°C真空干燥箱中Ih待其充分交联，将PDMS从PMMA表面揭下得到PDMS膜。制得膜表面微结构见附图1A。
[0019]将大肠杆菌E.coli BL21 (DE3)接种LB肉汤培养基，摇瓶培养12h，以接种量1%转接到M63培养基，点阵型PDMS膜浸没于M63培养基，37°C静置培养5h。得到抗菌包装材料抗菌性能评价见附图1B。
[0020]实施例2:制备带有条纹型微图案的PDMS膜，验证其抗菌性能:
[0021]制备方法与抗菌实验验证方法同实施实例I。得到膜表面微结构见附图2A。抗菌包装材料抗菌性能评价见附图2B。
[0022]实施例3:制备带有点阵型微图案的PDMS膜，验证其抗菌性能:
[0023]制备方法与抗菌实验验证方法同实施实例I。得到膜表面微结构见附图3A。抗菌包装材料抗菌性能评价见附图3B。
【主权项】
1.具有与微图案的抗菌表面，通过微加工技术，在膜内层制备1nm-1Oμm的表面拓扑结构，使其具有抗菌抗黏附性能。
2.根据权利要求1所述的抗菌表面，其主要特征是可用于此种具有微米、纳米结构的材料包括塑料、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚乳酸PLA等食品及其他包装类材料，抗菌贴膜，绷带、创可贴等医疗材料以及冰箱、冷柜、无菌柜、其他容器等内壁的微图案化。
3.根据权利要求1所述的抗菌表面，其主要特征是微纳结构的类型主要由米字型、条纹型、点阵型等。
4.根据权利要求1所述的抗菌表面，其主要特征是微纳结构的尺寸范围为:1nm-1O μm0
5.根据权利要求1所述的抗菌表面，其主要特征是用于抗菌食品包装，抗菌贴膜，生物材料、医疗器材表面以及容器内壁表面。
【专利摘要】本发明公开了一种表面微图案设计的抗菌表面及抗菌膜，主要通过微加工技术，在生物材料、医疗材料表面，冰箱、冷柜等容器内壁贴膜，食品包装膜表面翻刻米字型、条带型、点阵型等大小为10nm-10μm的微纳结构，从而达到抗菌抗黏附效果。与现有技术相比，本发明的抗菌方法更环保，在食品包装等相关领域，减少了食品防腐剂、抗菌剂的添加，保留了食品原有的营养价值，具有更好的保质保鲜效果；在医疗器材等领域，此种材料可减少器材表面细菌对人体的威胁，更健康安全。
【IPC分类】B65D65-22, B65D81-00
【公开号】CN104609029
【申请号】CN201510024331
【发明人】周鹏, 陆乃彦, 张薇, 陈晓霞, 翁雨燕
【申请人】江南大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月16日