一种同轴静电纺丝制备Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡的方法与流程

本发明涉及抗菌性纳米纤维材料的制备领域，特别涉及一种同轴静电纺丝制备Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡的方法。

背景技术：

静电纺丝是一种非常有效且简单的制备超细甚至纳米纤维的方法。通过静电纺丝技术制备的纳米纤维以及纳米纤维膜具有较大的比表面积和孔隙率，使其在诸如过滤、吸附、纳米复合材料、组织工程支架以及伤口敷料等很多领域表现出良好的性能。静电纺丝制备的纳米纤维膜可阻挡细菌和灰尘所致的创伤感染，同时具有优异的透气性能，因此在伤口敷料领域具有广泛的用途。理想的伤口敷料往往具有较高的标准和要求，对原料的生物相容性和生物活性有较高的要求，如止血能力、抗菌能力，对人体组织具有一定的黏附功能等。研究表明，壳聚糖是一种具有良好抗菌能力的天然聚合物。在与血红细胞接触时，能够改变血红细胞的形状并使其大量聚集，从而起到止血的作用。优良的止血、抑菌效果以及促进伤口修复愈合等生物功能，使得美国食品药物管理局(FDA)于2004年就已批准壳聚糖止血伤口敷料可用于临床。因此，以壳聚糖为基体的纳米纤维膜是制备伤口敷料的最好选择之一。目前，有大量的专利涉及以壳聚糖为原料制备抗菌伤口敷料。但是，壳聚糖纳米纤维的加工性能和机械强度差强人意，给壳聚糖纳米纤维在伤口敷料领域的应用带来了难度。

此外，为了进一步加强壳聚糖纳米纤维毡的抗菌性能，多种抗菌剂被添加，包括无机抗菌剂、有机抗菌剂和天然抗菌剂。以银离子为代表的无机抗菌剂性质活泼，易在光、热等作用下还原成单质银，限制了其应用。有机合成抗菌剂涵盖了多种抗生素，大量使用的后果是病原菌会产生抗药性，目前国际上开始重视抗生素滥用的现状，合理使用抗生素成为主流。相比之下，从植物中提取的天然成分用作天然抗菌剂更安全、毒性更低，但制得注意的是，从植物中提取天然产物效率相对较低，提取过程使用了大量的有机溶剂，纯化工艺难以绿色化。

鉴于以上原因，制备新型的抗菌复合纳米纤维毡意义重大。细菌素是细菌合成的一类多肽或蛋白质类物质，具有天然的生物抗菌活性，可通过生物发酵高效率获得。其中，Nisin被美国FDA确定为公认安全产品(GRAS)，它作为高效、安全、无毒的天然食品防腐剂具有广泛的应用前景，同时在牙科保健、治疗胃溃疡等医疗卫生领域也有应用。Nisin能有效地杀死或抑制革兰氏阳性菌，如金黄色葡萄球菌、李斯特菌、棒杆菌等，特别是对芽孢杆菌等有很强的抑制作用；在特定条件下，对革兰氏阴性菌也有杀菌效果；特别值得注意的是，以Nisin为代表的这类细菌素对某些抗药性的临床致病菌也有很好的杀菌效果。有研究表明，壳聚糖能与Nisin形成氢键，稳定Nisin的空间结构，并提高Nisin的热稳定性，从而显著提高Nisin的抑菌稳定性。综上所述，将Nisin引入壳聚糖纳米纤维中，不仅可以制备一种新型的伤口敷料，还可开拓细菌素在医用领域的应用途径。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术现状而提供易加工、抗菌性能好的一种同轴静电纺丝制备Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡的方法。本发明简单易行，易于加工，所得的Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡可用于创伤敷料，抗菌效果突出。

所述的一种同轴静电纺丝制备Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡的方法，包括: 将壳聚糖溶于乙酸溶液中，搅拌溶解，制得壳聚糖溶液；加入Nisin，搅拌，制得Nisin/壳聚糖溶液，用作同轴静电纺丝的壳层纺丝液；将聚乳酸溶于二氯甲烷，制得聚乳酸溶液，用作同轴静电纺丝的芯材纺丝液；将壳层纺丝液和芯材纺丝液经同轴静电纺丝，制得以Nisin和壳聚糖为壳层、聚乳酸为芯材的Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡。

所述的一种同轴静电纺丝制备Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡的方法，其特征在于，所述的溶解壳聚糖的溶剂为乙酸水溶液，其中，乙酸的浓度为70~100 v.%。

所述的一种同轴静电纺丝制备Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡的方法，其特征在于，所述的壳层纺丝液中壳聚糖浓度为1.2~2.0 wt.%。

所述的一种同轴静电纺丝制备Nisin-壳聚糖-聚乳酸复合纳米纤维毡的方法，其特征在于，所述的壳层纺丝液中Nisin浓度为0.2~10 wt.%。

所述的一种同轴静电纺丝制备Nisin-壳聚糖-聚乳酸复合纳米纤维毡的方法，其特征在于，所述的芯材纺丝液中聚乳酸的浓度为8~12 wt.%。

所述的一种同轴静电纺丝制备Nisin-壳聚糖-聚乳酸复合纳米纤维毡的方法，其特征在于，所述的同轴静电纺丝条件为纺丝电压8~30 KV，接收距离10~18 cm，壳层纺丝液流速为0.4~1.5 ml/h，芯材纺丝液流速为0.4~1.5 ml/h。

所述的一种同轴静电纺丝制备Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡的方法，其特征在于，所述Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维的直径为100~800 nm。

本发明的有益效果是：

本发明中所用的材料是聚乳酸、壳聚糖和Nisin，都是生物可降解的材料，且降解产物对人体无任何毒副作用，安全可靠；壳聚糖和Nisin都是生物来源的成分，绿色天然，具有优异的抗菌性能；同时，壳聚糖能与Nisin形成氢键，稳定Nisin的空间结构，并提高Nisin的热稳定性，从而显著提高Nisin的抑菌稳定性，壳聚糖和Nisin的复合使得二者协同作用，抗菌效果进一步增强；此外，本发明简单易行，易于加工，比壳聚糖的单独纺丝具有更佳的可纺性能；所得的Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡可用于创伤敷料，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明同轴静电纺丝制备Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡的方法制备得到的纳米纤维扫描电镜图。

图2是本发明同轴静电纺丝制备的Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维的横剖图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但本发明所描述的实施例只是是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施例如下：

实施例1：

将壳聚糖溶于90 v.%乙酸溶液中，搅拌溶解，制得浓度为1.5 wt.%的壳聚糖溶液；加入Nisin，搅拌，制得Nisin浓度为1.5 wt.%的Nisin/壳聚糖溶液，用作同轴静电纺丝的壳层纺丝液；将聚乳酸溶于二氯甲烷，制得浓度为10 wt.%聚乳酸溶液，用作同轴静电纺丝的芯材纺丝液；将壳层纺丝液和芯材纺丝液经同轴静电纺丝，在纺丝电压20 KV，接收距离12 cm，壳层纺丝液流速1.2 ml/h，芯材纺丝液流速1.0 ml/h的条件下，制得以Nisin和壳聚糖为壳层、聚乳酸为芯材的Nisin-/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡，纤维直径约为185 nm。该Nisin-/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡扫描电镜图如图1所示。

抗菌性能测试：根据GB/T 20944.3-2008，采用振荡法定量检测，将Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡与对照样分别装入三角烧瓶中，加入含有菌液的液体培养基，其中细菌浓度为3×10⁵ CFU/ml，在24°C下振荡18个小时，测定菌液在振荡前及振荡后的活菌浓度，计算该样品的抗菌率。结果表明，该样品对大肠杆菌的抗菌率为92%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率为97%。

实施例2：

将壳聚糖溶于70 v.%乙酸溶液中，搅拌溶解，制得浓度为1.2 wt.%的壳聚糖溶液；加入Nisin，搅拌，制得Nisin浓度为2.4 wt.%的Nisin/壳聚糖溶液，用作同轴静电纺丝的壳层纺丝液；将聚乳酸溶于二氯甲烷，制得浓度为8 wt.%聚乳酸溶液，用作同轴静电纺丝的芯材纺丝液；将壳层纺丝液和芯材纺丝液经同轴静电纺丝，在纺丝电压8 KV，接收距离18 cm，壳层纺丝液流速1.5 ml/h，芯材纺丝液流速1.2 ml/h的条件下，制得以Nisin和壳聚糖为壳层、聚乳酸为芯材的Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡，纤维直径约为210 nm。

抗菌性能测试：根据GB/T 20944.3-2008，采用振荡法定量检测，将Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡与对照样分别装入三角烧瓶中，加入含有菌液的液体培养基，其中细菌浓度为3×10⁵ CFU/ml，在24°C下振荡18个小时，测定菌液在振荡前及振荡后的活菌浓度，计算该样品的抗菌率。结果表明，该样品对大肠杆菌的抗菌率为95%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率为99%。

实施例3：

将壳聚糖溶于80 v.%乙酸溶液中，搅拌溶解，制得浓度为2.0 wt.%的壳聚糖溶液；加入Nisin，搅拌，制得Nisin浓度为4.0 wt.%的Nisin/壳聚糖溶液，用作同轴静电纺丝的壳层纺丝液；将聚乳酸溶于二氯甲烷，制得浓度为9%聚乳酸溶液，用作同轴静电纺丝的芯材纺丝液；将壳层纺丝液和芯材纺丝液经同轴静电纺丝，在纺丝电压30 KV，接收距离15 cm，壳层纺丝液流速0.8 ml/h，芯材纺丝液流速0.6 ml/h的条件下，制得以Nisin和壳聚糖为壳层、聚乳酸为芯材的Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡，纤维直径约为150 nm。

抗菌性能测试：根据GB/T 20944.3-2008，采用振荡法定量检测，将Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡与对照样分别装入三角烧瓶中，加入含有菌液的液体培养基，其中细菌浓度为3×10⁵ CFU/ml，在24°C下振荡18个小时，测定菌液在振荡前及振荡后的活菌浓度，计算该样品的抗菌率。结果表明，该样品对大肠杆菌的抗菌率为98%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率为99%。

实施例4：

将壳聚糖溶于100 v.%乙酸溶液中，搅拌溶解，制得浓度为1.8 wt.%的壳聚糖溶液；加入Nisin，搅拌，制得Nisin浓度为10%的Nisin/壳聚糖溶液，用作同轴静电纺丝的壳层纺丝液；将聚乳酸溶于二氯甲烷，制得浓度为9 wt.%聚乳酸溶液，用作同轴静电纺丝的芯材纺丝液；将壳层纺丝液和芯材纺丝液经同轴静电纺丝，在纺丝电压30 KV，接收距离15 cm，壳层纺丝液流速0.8 ml/h，芯材纺丝液流速0.6 ml/h的条件下，制得以Nisin和壳聚糖为壳层、聚乳酸为芯材的Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡，纤维直径约为150 nm。

抗菌性能测试：根据GB/T 20944.3-2008，采用振荡法定量检测，将Nisin/壳聚糖/聚乳酸复合纳米纤维毡与对照样分别装入三角烧瓶中，加入含有菌液的液体培养基，其中细菌浓度为3×10⁵ CFU/ml，在24°C下振荡18个小时，测定菌液在振荡前及振荡后的活菌浓度，计算该样品的抗菌率。结果表明，该样品对大肠杆菌的抗菌率为99%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率为99%。