一种环境友好型生物膜抑制分子的精准控释方法与流程

本发明属于污染控制领域，具体涉及一种生物膜污染的新型调控方法，即采用静电纺丝技术实现生物膜抑制分子的精准控释，从而高效控制生物膜污染。

背景技术：

生物膜污染通常是由蛋白质、多糖和微生物等在基质表面的非特异性吸附以及微生物不断生长繁殖引起的，在生物医学、人体健康、食品安全、环境污染控制等领域都广泛存在。控制生物膜污染一直以来是研究者十分棘手的问题。目前，针对生物膜污染的控制方法有物理清除、抑菌新材料开发、杀菌剂使用等。以上方法虽都取得了一定的控制效果，但存在低效率、高成本、环境毒副作用等问题。因此，亟需开发一种高效、环境友好的生物膜污染控制新方法。

d-氨基酸是近年发现的一种新型环境友好型生物膜抑制分子，能抑制生物膜形成，促进已经形成的生物膜解体，并且在5nm浓度即能有效抑制革兰氏阳性菌和阴性菌形成生物膜，在生物膜污染控制方面显示出较大应用潜力。但是，d-氨基酸现有使用方式的低利用率、高成本问题成为制约其用于生物膜污染控制的瓶颈。因此，开发d-氨基酸的高效利用方式是推进d-氨基酸用于生物膜污染控制亟需解决的问题。

药物缓释的概念为高效利用d-氨基酸控制生物膜污染提供了新思路。通过选择合适的载体缓释d-氨基酸能够显著提高d-氨基酸的利用率。而纳米粘土材料由于较大的比表面积和廉价的特性常被用作缓释载体。其中，埃洛石纳米管因其独特的负载内腔结构和良好的生物相容性在缓释药物方面受到了广泛的关注。但是，单独使用埃洛石缓释d-氨基酸容易产生突释现象，不利于d-氨基酸的高效利用。近来研究表明将纳米材料与聚合物相结合构筑复合载体能够有效抑制药物突释，提高释放稳定性。而静电纺丝技术在构筑纳米材料/聚合物复合载体方面更具优势，通过改变电纺参数调控纳米材料/聚合物复合纤维结构，能够进一步调控药物的释放速率，实现药物的精准控释。

基于以上分析，本发明采用纳米粘土埃洛石负载d-氨基酸，然后将负载d-氨基酸的埃洛石纳米管与亲/疏水性聚合物通过同轴电纺方法构筑成具有核壳结构的复合纤维材料，通过调控聚合物纤维的结构，实现生物膜抑制分子d-氨基酸的精准控释，从而为高效控制微生物膜污染提供新策略。

技术实现要素：

本发明的目的是为环境友好型生物膜抑制分子d-氨基酸提供一种精准控释的方法，从而高效控制生物膜污染。

本发明提出的基于埃洛石的核壳结构复合纤维载体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将疏水性的聚合物溶于有机溶剂中，得到外壳电纺液；

(2)将亲水性的聚合物与负载d-氨基酸的埃洛石共混，得到内核电纺液；

(3)将步骤(1)和步骤(2)中得到的壳层纺丝液与核层纺丝液进行同轴静电纺丝，得到制备的复合纤维膜。

进一步的，步骤(1)中所述疏水性聚合物的浓度为10-15％。

进一步的，步骤(2)中所述亲水性聚合物的浓度为10-15％。

进一步的，步骤(1)和步骤(2)中聚合物所用的有机溶剂为n，n-二甲基甲酰胺、n，n-二甲基乙酰胺、二氯甲烷和四氢呋喃中的一种或几种。

进一步的，步骤(2)中埃洛石负载的d-氨基酸为d-酪氨酸、d-蛋氨酸、d-亮氨酸和d-赖氨酸中一种或几种。

进一步的，步骤(2)中所述含d-氨基酸的埃洛石添加量为亲水聚合物粉末质量的2-10wt％。

进一步的，步骤(3)中静电纺丝内核电纺液的进料速度为0.5-0.7ml/h、外层电纺液的进料速度为0.5-1.5ml/h。

进一步的，同轴静电纺丝的电压为15-20kv，温度为20-25℃，湿度为40-55％。同轴静电纺丝转鼓接收装置的转速为300-500rpm。

本发明提出的一种生物膜抑制分子的精准控释方法具有以下优点：

(1)本发明构筑的基于埃洛石的核壳结构复合纤维载体材料可以保护负载d-氨基酸的活性；

(2)本发明制备的核壳结构复合纤维载体材料显示出良好的d-氨基酸控释效果，提高了d-氨基酸的利用率；

(3)本发明实现了生物膜抑制分子d-氨基酸的精准控释，从而高效控制生物膜污染。

附图说明

图1为实施例1得到的pan/s-hnts/daa-pvdf核壳电纺纤维的扫描电子显微镜(sem)图；

图2为实施例1得到的pan/s-hnts/daa-pvdf核壳电纺纤维的直径分布图；

图3为实施例1得到的pan/s-hnts/daa-pvdf核壳电纺纤维的透射电镜(tem)图；

图4为实施例1得到的pan/s-hnts/daa-pvdf核壳电纺纤维控释d-氨基酸累积释放率；

具体实施方式

以下具体实施例，对本发明作进一步的描述，但这些实施例仅用于解释本发明，而非限制本发明的范围。

实施例1

具体步骤如下：

(1)酸改性埃洛石(s-hnts)

称取3ghnts加入300ml浓度为1m的h2so4溶液中，50℃条件下以200rpm转速磁力搅拌5h，然后以4000rpm速度对混合液进行离心。随后用去离子水冲洗离心产物，并用1m的naoh溶液调节ph值，直至水洗液ph至中性，然后将离心产物放入干燥箱中105℃条件下干燥24h得到酸改性埃洛石(s-hnts)。

(2)酸改性hnts负载d-酪氨酸(daa)

称取0.4g酸改性hnts粉末加入到300ml、浓度为0.4g/l的d-酪氨酸溶液中，40khz超声分散20min，然后将混合液在25℃条件下以200rpm的转速磁力搅拌24h。混合液静置2h后，用0.45μm的滤膜在0.05mpa的负压条件下对混合液进行抽滤，产物在30℃干燥得到s-hnts/daa。用茚三酮比色法在570nm处测定d-酪氨酸负载量。

(3)内核电纺共混液的配制

称取45gn，n-二甲基甲酰胺(dmf)加入三颈烧瓶，然后加入0.25gs-hnts/daa粉末(聚丙烯腈粉末质量的5wt％)，25℃超声分散20min后，加入5g聚丙烯腈(pan)粉末，然后在50℃，200rpm条件下机械搅拌12h，随后将共混的聚合物溶液放入真空干燥箱中，室温下在-3mpa脱气1h备用。

(4)外壳电纺液的配制

称取36gn，n-二甲基甲酰胺(dmf)溶剂和9g四氢呋喃加入三颈烧瓶中，再缓慢加入5g聚偏氟乙烯(pvdf)粉末，在50℃，200rpm条件下机械搅拌12h，随后将pvdf聚合物溶液放入真空干燥箱中，在25℃，-3mpa条件下脱气1h，配制成浓度10wt％的pvdf电纺液备用。

(5)基于埃洛石的核壳结构复合纤维的制备

将真空脱气泡的内核电纺共混液加入5ml规格的注射器中，记为注射器1。将外壳电纺液加入另一个相同规格注射器中，记为注射器2。电纺参数：电压20kv，针头到接收转鼓距离20cm，接收转鼓转速500rpm，电纺温度25℃，电纺湿度55°。注射器1中电纺液推进速度为0.9ml/h，注射器2中电纺液推进速度为1.1ml/h。电纺时间为4h。待纺丝结束后，将构筑的纳米纤维膜取下放入真空干燥箱中25℃条件下干燥12h。

(6)daa缓释实验

称取负载daa的纯hnts、负载daa的酸改性hnts各20mg，剪取0.05g基于埃洛石的核壳结构复合纤维膜分别加入到10ml的离心管中，然后再加入5ml纯水，随后将离心管固定在摇床上，在25℃条件下以150rpm的速度进行振荡，然后每隔一定时间对离心管进行离心，离心速度为4000rpm，时间为10min，然后取1ml上清液用茚三酮比色法在570nm处测定溶液的吸光度并计算daa药物的累积释放量。每次离心结束，将离心液吸出，然后重新加入5ml纯水进行释放实验。

以上制备的基于埃洛石的核壳结构复合纤维，通过调控壳层电纺液中有机溶剂中n，n-二甲基甲酰胺(dmf)和四氢呋喃的比例，赋予复合纤维表面孔结构(见附图1)，同时对核-壳进料速度调控改变复合纤维直径。最终相比于埃洛石纳米管缓释d-氨基酸，复合纤维材料实现对d-氨基酸有效控制释放(见附图4)。

前面的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求尽可能广的范围。申请人的用意是所附的权利要求不被本发明的特征示例的选择所限制。