本发明属于抗细菌药技术领域，具体涉及一种改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料及其制备方法。
背景技术：
环境中细菌与人类健康密切相关，这使得消除疾病、控制疾病方面的研究变得非常重要(sterilizablegelsfromthermoresponsiveblockcopolymerworms,a.blanazs,j.am.chem.soc.,2012,134(23),9741)。为此，人们付出了巨大努力开发能够抗多种抗生素耐药性的新型抗菌剂(synthesizedtyrosylydroxyphenylacetate,anovelantioxidant,anti-stressandantibacterialcompound,processbiochem.,2012,47(12),2536；enzymaticsynthesisandantibacterialactivityofandrographolidederivatives,i.aissa,processbiochem.,2011,46(8),1649；antibiotic-loadedbiomaterialsandtherisksforthespreadofantibioticresistancefollowingtheirprophylacticandtherapeuticclinicaluse,d.campoccia,biomaterials，2010,31(25),6363)。目前，开发新型抗菌剂主要由以下两种方法：一种是合成新抗生素，但其成本较高，且长期使用细菌会产生耐药性；另一种是无机抗菌剂，无机抗菌剂具有广谱抗菌性、药效持久和良好的耐热性等方面优点(preparationofcoppernanoparticlescoatedcellulosefilmswithantibacterialpropertiesthroughone-stepreduction,b.jia,acsappl.mater.interfaces,2012,4(6),2897；selectivebiofunctionalmodificationoftitaniumimplantsforosteogenicandantibacterialapplications,s.qian,j.mater.chem.b,2014,43,7475；promptandsynergisticantibacterialactivityofsilvernanoparticle-decoratedsilicahybridparticlesonairfiltration,y.s.ko,j.mater.chem.b,2014,39,2897)。
纳米银是优异的抗菌剂，具有良好的生物相容性和渗透细菌细胞膜的能力(researchonthedynamicconfigurationofair-basedpseudolitenetwork,d.li,processbiochem.,2015,50,357；lysozymecatalyzestheformationofantimicrobialsilvernanoparticles,d.m.eby,acsnano,2009,3(4),984)。然而，由于表面积较大，纳米银容易聚集并形成较大的簇(silvernanoparticlesintheenvironment,s.j.yu,sci.processesimpacts,2013,1,78)，导致其抗菌性较差。也有将纳米银和有机材料复合来制备抗菌材料的，如刘利等将直径为30nm的纳米银紧密地锚定在烷基n,n-二甲基磷酸锆(zrdp)上得到烷基n,n-二甲基磷酸锆银(ag-zrdp)，纳米银的负载量为wt0.4％的ag-zrdp对金黄色葡萄球菌atcc25923和大肠杆菌jm109的最小抑菌浓度分别为0.75μg/ml和1μg/ml，(studyonthesynergisticantibacterialeffectofsilver-carriedlayeredzirconiumalkyl-n,n-dimethylenephosphonate,liliu,inorganicachimicaacta，2015,435(24),66-72)。但是，该产品的原料八水二氯氧化锆有毒，存在安全隐患；且锆为稀有金属，成本高。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料，该抗菌材料无毒，成本低。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料，纳米银的负载量为wt0.75％-2％。
进一步，所述纳米银的负载量为wt1％。
进一步，所述改性桑枝韧皮纤维素为羧甲基桑枝韧皮纤维素经四环素改性后的桑枝韧皮纤维素。
所述抗菌是指抗革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。
此外，利用刘利等研究团队的方法制备烷基n,n-二甲基磷酸锆银(ag-zrdp)，需要先制备rdp，然而在制备rdp的过程中，反应混合物蒸发后，得到糖浆状液体，从而导致抗结晶现象；并且，产物中含有大量盐酸，这些盐酸不能通过反复加水和蒸发分离出来(thedirectsynthesisofa-aminomethylphosphonicacids.mannich-typereactionswithorthophosphorousacid,k.moedritz,j.org.chem.,1966,31,1605)，这些都导致其难以实现工业化生产。
本发明的目的还在于保护上述材料的制备方法，包括以下步骤：
a.将桑枝韧皮纤维素与氯乙酸溶液经回流反应制得羧甲基桑枝韧皮纤维素；
b.将羧甲基桑枝韧皮纤维素与四环素在溶剂存在条件下反应制备改性桑枝韧皮纤维素；
c.改性桑枝韧皮纤维素与硝酸银在还原剂溶液中反应，即得改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料。
进一步，桑枝韧皮纤维素与氯乙酸溶液的质量比为1:8-1:12，氯乙酸溶液中氯乙酸的质量分数为50-80％，回流反应的温度为50-90℃，时间为1-5h。
进一步，所述氯乙酸溶液的溶剂为水、甲醇、异丙醇、乙醇或氯仿中的一种或多种。
进一步，步骤b中，羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素的质量比为1:1-1:4，溶剂的质量为羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素质量总和的16-24倍，反应温度为0-20℃，时间为2-8h。
进一步，步骤b中，所述溶剂为水、甲醇、乙醇或氯仿中的一种或多种。
进一步，步骤c中，所述还原剂溶液的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的16-24倍，改性桑枝韧皮纤维素的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的98％-99.25％，反应温度为20-80℃，反应时间为1-5h。
进一步，所述还原剂为抗坏血酸、硼氢化钠或四氢化铝理。
进一步，所述还原剂溶液的溶剂为水、甲醇、乙醇或氯仿中的一种或多种，还原剂溶液中溶质的浓度为0.7-0.13g/ml。
本发明的有益效果在于：
本发明以桑枝韧皮纤维素为母体，通过表面改性修饰上四环素得到改性桑枝韧皮纤维素，再负载一定比例的纳米银制得改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料。
该抗菌材料具有广谱抗菌性，安全性好，无毒副作用，可作用于人体。
本发明的原料桑枝韧皮纤维素来自于桑枝，成本低；在减少环境污染的同时，还实现了资源的回收再利用。
本发明的抗菌材料的改性桑枝韧皮纤维素与纳米银有协同作用，其分级抑菌浓度指数fic≤0.5
本发明的抗菌材料的制备方法有利于实现工业化生产。
具体实施方式
所举实施例是为了更好地对本发明的内容进行说明，但并不是本发明的内容仅限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料，纳米银的负载量为wt0.75％，其制备方法为：
a.将桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-水溶液经回流反应制得羧甲基桑枝韧皮纤维素；桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-水溶液的质量比为1:8，氯乙酸-水溶液中氯乙酸的质量分数为60％，回流反应的温度为75℃，时间为4h；
b.将羧甲基桑枝韧皮纤维素与四环素混合后加入羧甲基桑枝韧皮纤维素与四环素质量总和18倍的水在5℃条件下反应7h制备改性桑枝韧皮纤维素；羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素的质量比为1:3；
c.将硝酸银、改性桑枝韧皮纤维素依次加入抗坏血酸水溶液(抗坏血酸的浓度为0.7g/ml)中于50℃反应4h，抗坏血酸水溶液的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的16倍，改性桑枝韧皮纤维素的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的99.25％，即得改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料。
实施例2
改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料，纳米银的负载量为wt1％，其制备方法为：
a.将桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-甲醇溶液经回流反应制得羧甲基桑枝韧皮纤维素；桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-甲醇溶液的质量比为1:9，氯乙酸-甲醇溶液中氯乙酸的质量分数为80％，回流反应的温度为90℃，时间为1h；
b.将羧甲基桑枝韧皮纤维素、四环素依次加入甲醇中于10℃条件下反应5h制备改性桑枝韧皮纤维素；羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素的质量比为1:1，甲醇的质量为羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素质量总和的21倍；
c.将改性桑枝韧皮纤维素、硝酸银依次加入硼氢化钠甲醇溶液(硼氢化钠的浓度为1.0g/ml)中于75℃条件下反应2h，硼氢化钠甲醇溶液的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的21倍，改性桑枝韧皮纤维素的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的99％，即得改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料。
实施例3
改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料，纳米银的负载量为wt1.5％，其制备方法为：
a.将桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-异丙醇溶液经回流反应制得羧甲基桑枝韧皮纤维素；桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-异丙醇溶液的质量比为1:12，氯乙酸-异丙醇溶液中氯乙酸的质量分数为50％，回流反应的温度为60℃，时间为4h；
b.将四环素、羧甲基桑枝韧皮纤维素依次加入乙醇中于15℃温度下反应7h制备改性桑枝韧皮纤维素；羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素的质量比为1:3，乙醇的质量为羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素质量总和的20倍；
c.将改性桑枝韧皮纤维素与硝酸银依次加入四氢化铝锂氯仿溶液(四氢化铝锂的浓度为0.12g/ml)中反应于36℃温度下反应2.5h，四氢化铝理氯仿溶液的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的17倍，改性桑枝韧皮纤维素的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的98.5％，即得改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料。
实施例4
改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料，纳米银的负载量为wt2％，其制备方法为：
a.将桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-乙醇溶液经回流反应制得羧甲基桑枝韧皮纤维素；桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-乙醇溶液的质量比为1:10，氯乙酸-乙醇溶液中氯乙酸的质量分数为65％，回流反应的温度为60℃，时间为5h；
b.将羧甲基桑枝韧皮纤维素与四环素混合后加入氯仿中于19℃温度下反应5.5h制备改性桑枝韧皮纤维素；羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素的质量比为1:2，氯仿的质量为羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素质量总和的22倍；
c.将改性桑枝韧皮纤维素、硝酸银依次加入四氢化铝锂水溶液(四氢化铝锂的浓度为0.9g/ml)中反应于45℃温度下反应3h，四氢化铝理水溶液的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的18倍，改性桑枝韧皮纤维素的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的98％，即得改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料。
实施例5
改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料，纳米银的负载量为wt2％，其制备方法为：
a.将桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-氯仿溶液经回流反应制得羧甲基桑枝韧皮纤维素；桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-氯仿溶液的质量比为1:11，氯乙酸-氯仿溶液中氯乙酸的质量分数为80％，回流反应的温度为65℃，时间为3h；
b.将羧甲基桑枝韧皮纤维素与四环素混合后加入水-氯仿溶液(水与氯仿的质量比为5:1)中于0℃温度下反应8h制备改性桑枝韧皮纤维素；羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素的质量比为1:2，水-氯仿溶液的质量为羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素质量总和的16倍；
c.将改性桑枝韧皮纤维素与硝酸银依次加入抗坏血酸-水-甲醇溶液(抗坏血酸的浓度为0.8g/ml，水与甲醇的体积比为3:1)中反应于80℃温度下反应1h，抗坏血酸-水-甲醇溶液的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的22倍，改性桑枝韧皮纤维素的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的98％，即得改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料。
实施例6
改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料，纳米银的负载量为wt1.5％，其制备方法为：
a.将桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-甲醇-乙醇溶液经回流反应制得羧甲基桑枝韧皮纤维素；桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-甲醇-乙醇溶液的质量比为1:10，氯乙酸-甲醇-乙醇溶液中氯乙酸的质量分数为60％、甲醇的质量分数为20％，回流反应的温度为50℃，时间为4.5h；
b.将羧甲基桑枝韧皮纤维素、四环素依次加入水-甲醇-乙醇溶液(水、甲醇、乙醇的质量比为1:4:3)中于12℃温度下反应5h制备改性桑枝韧皮纤维素；羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素的质量比为1:3，水-甲醇-乙醇溶液的质量为羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素质量总和的20倍；
c.将改性桑枝韧皮纤维素与硝酸银依次加入硼氢化钠-甲醇-乙醇-氯仿溶液(硼氢化钠的浓度为1.1g/ml，甲醇、乙醇、氯仿的体积比为1:6:3)中反应于20℃温度下反应5h，硼氢化钠-甲醇-乙醇-氯仿溶液的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的20倍，改性桑枝韧皮纤维素的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的98.5％，即得改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料。
实施例7
改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料，纳米银的负载量为wt1％，其制备方法为：
a.将桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-水-甲醇-乙醇-异丙醇-氯仿溶液经回流反应制得羧甲基桑枝韧皮纤维素；桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-水-甲醇-乙醇-异丙醇-氯仿溶液的质量比为1:9，氯乙酸-水-甲醇-乙醇-异丙醇-氯溶液中氯乙酸的质量分数为55％、水的质量分数为10％、甲醇的质量分数为5％、乙醇的质量分数为15％、异丙醇的质量分数为5％，回流反应的温度为85℃，时间为2.5h；
b.将羧甲基桑枝韧皮纤维素、四环素依次加入水-甲醇-乙醇-氯仿溶液(水、甲醇、乙醇、氯仿的质量比为5:2:2:4)中于20℃温度下反应2h制备改性桑枝韧皮纤维素；羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素的质量比为1:3，水-甲醇-乙醇-氯仿溶液的质量为羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素质量总和的24倍；
c.将改性桑枝韧皮纤维素与硝酸银依次加入四氢化铝理-水-甲醇-乙醇-氯仿溶液(四氢化铝理的浓度为1g/ml，水、甲醇、乙醇、氯仿的体积比为3:1:4:7)中反应于45℃温度下反应3h，四氢化铝理-水-甲醇-乙醇-氯仿溶液的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的24倍，改性桑枝韧皮纤维素的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的99％，即得改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料。
对比例1
改性桑枝韧皮纤维素抗菌材料，其制备方法为：
a.将桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-甲醇溶液经回流反应制得羧甲基桑枝韧皮纤维素；桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-甲醇溶液的质量比为1:9，氯乙酸-甲醇溶液中氯乙酸的质量分数为60％，回流反应的温度为55℃，时间为1.5h；
b.将羧甲基桑枝韧皮纤维素、四环素依次加入甲醇中于16℃温度下反应1h制备改性桑枝韧皮纤维素；羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素的质量比为1:2，甲醇的质量为羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素质量总和的21倍，即得改性桑枝韧皮纤维素抗菌材料。
对比例2
改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料，纳米银的负载量为wt0.25％，其制备方法为：
a.将桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-水溶液经回流反应制得羧甲基桑枝韧皮纤维素；桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-水溶液的质量比为1:8，氯乙酸-水溶液中氯乙酸的质量分数为60％，回流反应的温度为63℃，时间为2h；
b.将羧甲基桑枝韧皮纤维素与四环素混合后加入甲醇中于8℃温度下反应5h制备改性桑枝韧皮纤维素；羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素的质量比为1:2，甲醇的质量为羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素质量总和的18倍；
c.将改性桑枝韧皮纤维素与硝酸银混合后加入四氢化铝理水溶液(四氢化铝理的浓度为1.2g/ml)中于75℃温度下反应2h，四氢化铝理水溶液的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的20倍，改性桑枝韧皮纤维素的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的99.75％，即得改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料。
对比例3
改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料，纳米银的负载量为wt0.5％，其制备方法为：
a.将桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-异丙醇溶液经回流反应制得羧甲基桑枝韧皮纤维素；桑枝韧皮纤维素与氯乙酸-异丙醇溶液的质量比为1:8，氯乙酸-异丙醇溶液中氯乙酸的质量分数为55％，回流反应的温度为80℃，时间为3h；
b.将羧甲基桑枝韧皮纤维素与四环素混合后加入甲醇中于18℃温度下反应6h制备改性桑枝韧皮纤维素；羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素的质量比为1:4，甲醇的质量为羧甲基桑枝韧皮纤维素和四环素质量总和的24倍；
c.将改性桑枝韧皮纤维素与硝酸银混合后加入硼氢化钠水溶液(硼氢化钠的浓度为0.8g/ml)中于30℃温度下反应2h，四氢化铝理水溶液的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的16倍，改性桑枝韧皮纤维素的用量为改性桑枝韧皮纤维素和硝酸银总质量的99.5％，即得改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料。
对比例4
纳米银的制备方法，将0.2g硝酸银和0.5g聚(n-乙烯基-2-吡咯烷酮)溶于40ml乙醇中，然后室温条件下剧烈搅拌并滴加含有0.1mol/l抗坏血酸的10ml乙醇溶液，得到银纳米颗粒的胶体。
测试实施例1-7及对比例1-3制得的抗菌材料的四环素释放量，具体测试方法为：取1g样品于半透膜中，将半透膜置于装有1000ml蒸馏水(ph＝7)的烧杯中搅拌，每隔1h用紫外-可见分光光度计于350nm处测试溶液中四环素的浓度，结果如表1所示。
表1四环素释放浓度测试结果
由上表可知，本发明的抗菌材料的四环素释放量小，4h后不再释放，12h后四环素测得的四环素浓度为0.11-0.12μg/ml。由此证明，本发明的四环素基本上全部被修饰到桑枝韧皮纤维素上，制得的改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料的安全性好，无毒副作用，可作用于人体。
测试实施例1-7、对比例1-3制得的抗菌材料及对比例4制得的纳米银对金黄色葡萄球菌atcc25923、枯草杆菌、大肠杆菌jm109和痢疾志贺菌的最小抑菌浓度，其测试方法为在96孔板上通过二倍稀释法进行细菌活性实验，细菌的生长增殖可以通过浊度及可见分光光度计测试，将菌液用灭过菌的牛肉汤稀释，得到细菌浓度约为105cfuml-1的待用菌液，首先将一定量的样品添加到牛肉汤中制得浓度为1024μgml-1的原液，在加过100μl牛肉汤的96孔板上用二倍稀释法将100μl原液用微量移液器加到96孔板上得到最终的浓度分别为512,256,128,64,32,16,8,4,2,1,0.5，0.25μgml-1；然后，将96孔板放到生化培养箱中37℃培养18-24h，最后一个澄清即为读数，平行测试三次，取平均值为最终结果；最小抑菌浓度测试结果如表2所示。
表2最小抑菌浓度测试结果
由上表可知，本发明的改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料具有广谱抗菌性，抗菌效果明显优于未负载纳米银的改性桑枝韧皮纤维素抗菌材料。
根据表2中的实验数据，用分级抑菌浓度指数fic对实施例1-7及对比例2-3制得的抗菌材料进行评判，分级抑菌浓度指数fic的计算公式为
表3分级抑菌浓度指数fic计算结果
由上表可知，实施例1-7制得的改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料的分级抑菌浓度指数fic≤0.5，而对比例2-3制得的改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料的分级抑菌浓度指数fic为0.5或1。由此证明，实施例1-7制得的改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料的改性桑枝韧皮纤维素与纳米银有协同作用，对比例2-3制得的改性桑枝韧皮纤维素-纳米银协同抗菌材料的改性桑枝韧皮纤维素与纳米银有相加作用或协同作用。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。