抗菌防紫外丝素蛋白纳米纤维膜的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有抗菌防紫外性能的纳米材料与丝素蛋白共混的纳米纤维膜的制备方法。首先将具有抗菌、防紫外性能的纳米材料表面改性，再加入到制备的丝素蛋白溶液中，混合形成纺丝原液，然后通过静电纺丝技术制备抗菌、防紫外丝素蛋白纳米纤维膜。本发明的优点在于：通过静电纺丝技术，制备纳米级的复合纤维，使这种纤维既具有丝素蛋白良好的生物相容性，同时又兼备光催化型纳米抗菌材料的抗菌、防紫外的特性，更适用于生物医学领域，特别能作为一种能杀灭细菌，治疗感染创面的覆盖材料。本发明的制备工艺简单，生产成本低，能进一步满足生产和应用的需求。
【专利说明】抗菌防紫外丝素蛋白纳米纤维膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种纳米纤维及其制备方法，具体涉及一种具有抗菌、防紫外性能的纳米材料与丝素蛋白共混的纳米纤维膜及其制备方法。本方法属于纤维的制备技术，所制备的材料可广泛用于生物医药等领域。
【背景技术】
[0002]丝素蛋白是一种从蚕丝中提取的蛋白质，具有很好的生物相容性，能制备成膜、凝胶、粉末等多种形态的材料，由于它独特的理化性能，目前丝素蛋白材料在生物医学材料领域被广泛的研究，如固定化酶材料、细胞培养基质、药物缓释剂、人工器官等等。为了提高丝素蛋白的性能，使其更好地应用于生物材料领域，近年来，国内外学者通过不同方法对丝素蛋白进行了化学修饰，取得了一些新的研究成果。例如，通过对丝素蛋白的改性提高丝素蛋白材料的力学性能、热稳定性等理化性质；改变丝素蛋白材料对药物的释放速度；赋予丝素蛋白材料抗血凝性、抗菌性等。其中，制备抗菌性丝素蛋白膜已成为研究的热点之一，其有望成为一种能杀灭细菌，治疗感染创面的覆盖材料。
[0003]抗菌性丝素蛋白膜主要包括负载抗菌性药物和加载纳米抗菌材料。抗菌性药物主要是指抗生素药物，但是由于抗生素药物的大量使用，使得病原微生物为躲避药物，在不断地变异，耐药菌株也随之产生，甚至出现了“超级细菌”。其结果导致抗生素药物治疗效果变差，甚至无效。纳米抗菌材料是一类具备抑菌性能的新型材料。由于材料中抗菌剂的高比表面积和高反应活性的特殊效应，大大提高了整体的抗菌效果，可以使微生物包括细菌、真菌、酵母菌、藻类以及病毒等的生长和繁殖保持较低的水平。纳米抗菌材料按抗菌机理又可分为3类:第I类是银(Ag)等金属型纳米抗菌剂；第2类是季铵盐或季磷盐修饰改性无机纳米颗粒；第3类是纳米氧化锌(ZnO),纳米二氧化钛(TiO2)等光催化型纳米抗菌材料。其中，第1、2类抗菌材料均有报道，而作为既有抗菌作用，又有防紫外作用的光催化型纳米抗菌材料在丝素蛋白膜中的应用仍未见报道。
[0004]静电纺丝技术是一项制备纳米级纤维材料简单有效的技术。聚合物熔体或溶液在高压静电作用下，利用电场力克服聚合物溶液表面张力形成一股带电的喷射流，之后溶剂挥发固化，纳米级纤维无序地排列在收集板上，形成类似无纺布纤维膜。静电纺丝技术已很好地应用于制备丝素蛋白纳米纤维膜，所制备的纤维膜具有纤维纤度细、表面积大、孔隙率高的形态特点而可作为细胞生长的多孔支架，促进细胞的迁移和增殖；也可作为人工移植血管、创面覆盖材料及药物载体，广泛用作组织工程及生物医学工程材料。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有抗菌、防紫外性能的纳米材料与丝素蛋白共混的纳米纤维膜的制备方法一是将具有抗菌、防紫外性能的纳米材料表面改性，再加入到制备的丝素蛋白溶液中，混合形成纺丝原液，然后通过静电纺丝技术制备抗菌、防紫外丝素蛋白纳米纤维膜。[0006]本发明提供一种抗菌防紫外丝素蛋白纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0007]I)纳米材料的表面改性:将纳米材料，溶于含有表面活性剂的水溶液中，使其摩尔比为1:0.5?1:10，超声条件下，反应4小时；反应后溶液经离心、洗涤，干燥后得到表面改性的纳米材料；
[0008]2)丝素蛋白的制备:将蚕茧放入到质量百分比浓度为0.5%的碳酸钠溶液中搅拌，煮沸60分钟除去蚕茧表面的丝胶，用水洗涤后在60 °C下干燥制备得到丝素纤维，将干燥的丝素纤维与摩尔比为1:8:2的氯化钙:水:乙醇的混合溶液，于75 °C下溶解成丝素蛋白溶液，经透析除去溶液中的乙醇和氯化钙，过滤制得丝素蛋白溶液，再经冷冻干燥制得丝素蛋白；
[0009]3)静电纺丝原液的制备:按照重量比1:0.05?0.3:0.005?0.05将溶剂、丝素蛋白和表面改性的纳米材料混合，超声分散0.5小时，搅拌4小时，形成均一的静电纺丝原液；
[0010]4)静电纺丝:将制备的静电纺丝原液注入静电纺丝装置中，制备抗菌、防紫外丝素蛋白纳米纤维膜。
[0011]所述纳米材料为光催化型纳米抗菌材料，具体为纳米二氧化钛(Ti02)、纳米氧化锌(ZnO)、纳米二氧化锡(Sn02)、纳米三氧化钨(W03)、纳米三氧化二钒(V203)、银离子掺杂纳米二氧化钛(Ag-Ti02)、铜离子掺杂纳米二氧化钛(Cu-Ti02)、银离子掺杂纳米氧化锌(Ag-ZnO)、铜离子掺杂纳米氧化锌(Cu-ZnO)中的一种。
[0012]所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠、硬脂酸钾、油酸钾、月桂酸钾、硬脂酸钠、油酸钠、月桂酸钠、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯(Tu-80)、月桂醇聚氧乙烯醚(Brij-35)、聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)、聚氧乙烯100-聚氧丙烯70-聚氧乙烯100 (Pluronic F127)、聚氧乙烯20-聚氧丙烯70-聚氧乙烯20 (Pluronic P123)中的一种。
[0013]所述溶剂为水、甲酸、六氟异丙醇、六氟丙酮、三氟乙醇中的一种。
[0014]所述静电纺丝工艺为电压8?30千伏，溶液流量0.1?2毫升/小时，接收距离为10?20厘米。
[0015]本发明的优点在于:通过静电纺丝技术，制备纳米级的复合纤维，使这种纤维既具有丝素蛋白良好的生物相容性，同时又兼备光催化型纳米抗菌材料的抗菌、防紫外的特性，更适用于生物医学领域，特别能作为一种能消除细菌，治疗感染创面的覆盖材料。本发明的制备工艺简单，生产成本低，能进一步满足生产和应用的需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为实施例1所制备的纳米纤维膜的扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0017]以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。[0018]实施例1:
[0019]I)将一定量的纳米ZnO，溶于20毫升含有PVP的水溶液中，使其摩尔比为1:1，超声条件下，反应4小时。反应后溶液经离心、洗涤，干燥后得到表面改性的纳米ZnO。
[0020]2)将蚕茧放入到质量百分比浓度为0.5%的碳酸钠溶液中搅拌，煮沸60分钟除去蚕茧表面的丝胶，用水洗涤后在60 ° C下干燥制备得到丝素纤维，将干燥的丝素纤维与摩尔比为1:8:2的氯化钙、水和乙醇的混合溶液，于75 ° C下溶解成丝素蛋白溶液，经透析除去溶液中的乙醇和氯化钙，过滤制得丝素蛋白溶液，再经冷冻干燥制得丝素蛋白。
[0021]3)按照重量比1:0.1:0.01将水、丝素蛋白和PVP表面改性的纳米ZnO混合，超声分散0.5小时，搅拌4小时，形成均一的静电纺丝原液。
[0022]4)将制备的静电纺丝原液注入静电纺丝装置中，制备纳米纤维膜。静电纺丝工艺为:电压10千伏，溶液流量0.1毫升/小时，接收距离为10厘米。
[0023]图1为所制备的纳米纤维膜的扫描电镜照片。由图可见，纳米纤维的直径为200纳米。5分钟对大肠杆菌的抑菌率为98.7%。
[0024]实施例2:
[0025]I)将一定量的纳米TiO2，溶于20毫升含有Triton X-100的水溶液中，使其摩尔比为1:5，超声条件下，反应4小时。反应后溶液经离心、洗涤，干燥后得到表面改性的纳米Ti02。
[0026]2)将蚕茧放入到质量百分比浓度为0.5%的碳酸钠溶液中搅拌，煮沸60分钟除去蚕茧表面的丝胶，用水洗涤后在60 ° C下干燥制备得到丝素纤维，将干燥的丝素纤维与摩尔比为1:8:2的氯化钙、水和乙醇的混合溶液，于75 ° C下溶解成丝素蛋白溶液，经透析除去溶液中的乙醇和氯化钙，过滤制得丝素蛋白溶液，再经冷冻干燥制得丝素蛋白。
[0027]3)按照重量比1:0.3:0.05将水、丝素蛋白和Triton X-100表面改性的纳米TiO2混合，超声分散0.5小时,搅拌4小时,形成均一的静电纺丝原液。
[0028]4)将制备的静电纺丝原液注入静电纺丝装置中，制备纳米纤维膜。静电纺丝工艺为:电压15千伏，溶液流量0.1毫升/小时，接收距离为10厘米。5分钟对大肠杆菌的抑菌率为95.8%。
[0029]实施例3:
[0030]I)将一定量的纳米ZnO，溶于20毫升含有PVA的水溶液中，使其摩尔比为1:0.5，超声条件下，反应4小时。反应后溶液经离心、洗涤，干燥后得到表面改性的纳米ZnO。
[0031]2)将蚕茧放入到质量百分比浓度为0.5%的碳酸钠溶液中搅拌，煮沸60分钟除去蚕茧表面的丝胶，用水洗涤后在60 ° C下干燥制备得到丝素纤维，将干燥的丝素纤维与摩尔比为1:8:2的氯化钙、水和乙醇的混合溶液，于75 ° C下溶解成丝素蛋白溶液，经透析除去溶液中的乙醇和氯化钙，过滤制得丝素蛋白溶液，再经冷冻干燥制得丝素蛋白。
[0032]3)按照重量比1:0.2:0.01将六氟异丙醇、丝素蛋白和PVA表面改性的纳米ZnO混合，超声分散0.5小时,搅拌4小时,形成均一的静电纺丝原液。
[0033]4)将制备的静电纺丝原液注入静电纺丝装置中，制备纳米纤维膜。静电纺丝工艺为:电压20千伏，溶液流量0.2毫升/小时，接收距离为15厘米。5分钟对大肠杆菌的抑菌率为97.1%。
[0034]实施例4:[0035]I)将一定量的纳米Ag-TiO2，溶于20毫升含有油酸钾的水溶液中，使其摩尔比为1:8，超声条件下，反应4小时。反应后溶液经离心、洗涤，干燥后得到表面改性的纳米Ag-TiO2。
[0036]2)将蚕茧放入到质量百分比浓度为0.5%的碳酸钠溶液中搅拌，煮沸60分钟出去蚕茧表面的丝胶，挤干，用水洗涤后在60 ° C下干燥制备丝素纤维，将干燥的丝素纤维与摩尔比为1:8:2的氯化钙、乙醇和水的混合溶液，于75 ° C下溶解成丝素蛋白溶液，经透析除去溶液中的乙醇和氯化钙，过滤制得丝素蛋白溶液，再经冷冻干燥制得丝素蛋白。
[0037]3)按照重量比1:0.1:0.005将三氟乙醇、丝素蛋白和油酸钾表面改性的纳米Ag-TiO2混合,超声分散0.5小时,搅拌4小时,形成均一的静电纺丝原液。
[0038]4)将制备的静电纺丝原液注入静电纺丝装置中，制备纳米纤维膜。静电纺丝工艺为:电压15千伏，溶液流量0.2毫升/小时，接收距离为10厘米。5分钟对大肠杆菌的抑菌率为99.2%。
【权利要求】
1.一种抗菌防紫外丝素蛋白纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)纳米材料的表面改性:将纳米材料，溶于含有表面活性剂的水溶液中，使其摩尔比为1:0.5?1: 10，超声条件下，反应4小时；反应后溶液经离心、洗涤，干燥后得到表面改性的纳米材料； 2)丝素蛋白的制备:将蚕茧放入到质量百分比浓度为0.5%的碳酸钠溶液中搅拌，煮沸60分钟除去蚕茧表面的丝胶，用水洗涤后在60 °C下干燥制备得到丝素纤维，将干燥的丝素纤维与摩尔比为1:8:2的氯化钙:水:乙醇的混合溶液，于75 °C下溶解成丝素蛋白溶液，经透析除去溶液中的乙醇和氯化钙，过滤制得丝素蛋白溶液，再经冷冻干燥制得丝素蛋白； 3)静电纺丝原液的制备:按照重量比1:0.05?0.3:0.005?0.05将溶剂、丝素蛋白和表面改性的纳米材料混合，超声分散0.5小时，搅拌4小时，形成均一的静电纺丝原液； 4)静电纺丝:将制备的静电纺丝原液注入静电纺丝装置中，制备抗菌、防紫外丝素蛋白纳米纤维膜。
2.根据权利要求1所述抗菌防紫外丝素蛋白纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述纳米材料为光催化型纳米抗菌材料，具体为纳米二氧化钛(TiO2)、纳米氧化锌(ZnO)、纳米二氧化锡(Sn02)、纳米三氧化钨(W03)、纳米三氧化二钒(V203)、银离子掺杂纳米二氧化钛(Ag-TiO2)、铜离子掺杂纳米二氧化钛(Cu-Ti02)、银离子掺杂纳米氧化锌(Ag-ZnO)、铜离子掺杂纳米氧化锌(Cu-ZnO)中的一种。
3.根据权利要求1所述抗菌防紫外丝素蛋白纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠、硬脂酸钾、油酸钾、月桂酸钾、硬脂酸钠、油酸钠、月桂酸钠、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯(Tu-80)、月桂醇聚氧乙烯醚(Brij-35)、聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)、聚氧乙烯100-聚氧丙烯70-聚氧乙烯100 (Pluronic F127)、聚氧乙烯20-聚氧丙烯70-聚氧乙烯20 (Pluronic P123)中的一种。
4.根据权利要求1所述抗菌防紫外丝素蛋白纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水、甲酸、六氟异丙醇、六氟丙酮、三氟乙醇中的一种。
5.根据权利要求1所述抗菌防紫外丝素蛋白纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝工艺为电压8?30千伏，溶液流量0.1?2毫升/小时，接收距离为10?20厘米。
【文档编号】D04H1/4266GK103572507SQ201210258495
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月24日 优先权日:2012年7月24日
【发明者】周涓, 朱君, 施丽君, 钟建, 闫志强, 魏岱旭, 何丹农 申请人:上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司