专利名称：制备微球材料的设备及利用其制备纳米银原位负载的β-环糊精接枝纤维素微球材料的方法
技术领域：
本发明涉及球形材料的制备设备及生物质基微球材料的制备方法。
背景技术：
高分子微球材料的研究和应用近年来发展非常迅速，由于其特殊的尺寸和形貌， 使得高分子微球具备其他材料所不具备的特殊功能。它的应用渗透到我们生活中的每个角落，包括生物领域、医学和医药领域、分析领域、功能材料领域、纳米技术领域等，从涂料、纸张表面涂层、化妆品(如增白剂)等大宗产品到用于药物缓控释的微囊、用于蛋白质分离层析介质等高附加价值产品，都要用到微球和微囊化技术，尤其是利用非石化等可再生的产品来制备微球的技术，在石化资源日渐枯竭的今天，越来越占据主要的位置。现有技术制备的微球在功能化修饰领域的研究较少，尤其利用超分子环糊精对纤维素微球进行修饰的研究未见报道；高分子微球的功能化修饰还仅限于单一功能修饰，多功能修饰的研究未见报道；现有纤维素微球制备工艺大多是实验室规模的间续过程，无法连续快速生产。
发明内容
本发明是要解决现有的纤维素微球无法连续快速生产，以及对微球的功能化修饰仅限于单一功能修饰的问题，而提供一种制备微球材料的设备及利用其制备纳米银原位负载的环糊精接枝纤维素微球材料的方法。本发明的制备微球材料的设备由转子、转轴、电动机、速控装置和底座组成；转子、 转轴、和电动机安装在底座上，转子与电动机通过转轴连接，速控装置与电动机联接；转子壁上设有圆形孔洞。本发明中微球制备设备采用自制的旋转离心微球制备设备，可以连续快速制备纤维素微球。所述微球制备设备由转子、转轴、电动机、速控装置和底座组成，其中电动机和速控装置购自中达电通股份有限公司，转子为不锈钢材质，转子壁上设有圆形孔洞，电动机可以通过转轴带动转子转动。通过调节转速、改变转子壁上圆形孔洞的尺寸，可以制备出不同粒径范围的微球。采用微球制备设备可以连续制备微球，与传统的断续制备过程相比，可以提速百倍左右。通过调节纤维素黄原酸酯粘胶液的粘度，也可以调控微球尺寸，纤维素黄原酸酯粘胶液粘度与微球粒径分布百分率的关系图如图13所示。利用上述制备微球材料的设备制备纳米银原位负载的β -环糊精接枝纤维素微球材料的方法按以下步骤实现—、制备纤维素微球a、称取纤维素、浓度为150 250g/L的氢氧化钠水溶液I、 浓度为30 80g/L的氢氧化钠水溶液II和CS2，其中纤维素与氢氧化钠水溶液I的比例为 Ig (8 12mL)，纤维素与氢氧化钠水溶液II的比例为Ig (8 20mL)，纤维素与
的比例为Ig (0. 4 0. 6mL) ；b、将a中称取的纤维素浸入到a中称取的氢氧化钠水溶液 ι中，搅拌使其分散均勻，浸渍池后得到碱纤维素，将碱纤维素捞出挤干至其质量为原纤维素质量的3 5倍，然后在室温下密封老化100 140h，向老化完毕的碱纤维素中加入a中称取的CS2,在室温下，水浴振荡3h，得到纤维素黄原酸酯固体，向纤维素黄原酸酯固体中加入a中称取的氢氧化钠水溶液II，水浴振荡4 他，得到纤维素黄原酸酯粘胶液；C、在微球制备设备的周围放置好环形塑料槽，向塑料槽中加入浓度为1 2mol/L的盐酸水溶液；将 b中得到的纤维素黄原酸酯粘胶液通过漏斗勻速注入到纤维素微球制备设备的圆柱形转子中，转子的转速为600 800r/min，纤维素黄原酸酯粘胶液从转子壁的圆形孔洞中甩出，落入盐酸溶液中，得到再生纤维素微球，当微球上浮时，将其捞出，得到固化的纤维素微球；将固化的纤维素微球装在纱布中，先用60°C蒸馏水浸泡洗涤2 3次，再用无水乙醇浸泡洗涤1 2次，取出固化的微球，将其单层平铺在表面皿上，放于80°C真空干燥箱中干燥3 6h，得到纤维素微球；二、制备β-环糊精接枝纤维素微球材料d、按每升蒸馏水中含有60 150g β -环糊精或β -环糊精衍生物、80 120g多元羧酸和30 60g NaH2PO4的比例配制浸渍液；通过标准筛筛分出粒径范围为200 600 μ m的步骤一得到纤维素微球；按Ig 50ml 的比例称取筛分出的纤维素微球和浸渍液；e、将d中称取的纤维素微球在80°C烘箱中烘干至恒重，将其放入d中称取的浸渍液中，在超声振荡的条件下浸渍7 15min，静置后滤出微球，将微球置于80°C烘箱中烘干0. 8 池，然后将所得微球在干燥器中冷却后称重，若微球增重>浸渍前微球质量的10%，进行步骤f，若增重<浸渍前微球质量的10%，则将微球按照e中的条件，再次浸渍、过滤、烘干、称重，直至微球增重>浸渍前微球质量的10% ；f、将步骤e所得产物立即转移到180°C烘箱中，3 Smin后取出微球，依次用60°C蒸馏水、乙醇洗涤后，置于105°C烘箱中烘干至恒重，得到β -环糊精接枝纤维素微球材料；三、制备纳米银原位负载的环糊精接枝纤维素微球材料将步骤二所得的 β -环糊精接枝纤维素微球材料先浸于浓度为0. 01mol/L的硝酸银水溶液中保持3 8min、再浸于无水乙醇中保持25 35s，然后再放入0. lmol/L的硼氢化钾水溶液中，超声振荡5 lOmin，将微球取出，用去离子水浸洗后，置于105°C烘箱中干燥20 48h，得到纳米银原位负载的环糊精接枝纤维素微球材料。环糊精是一种被广泛研究的功能多糖主体大分子化合物，应用较多的是β-环糊精及其衍生物。经科学证实β-环糊精及其衍生物均无任何毒副作用，具有良好的生物亲和性和可降解性，由其葡萄糖单元合围而成的大分子空腔，可以同众多疏水性分子形成主-客体超分子包合物。这些被包合的客体分子，从微观角度来看，是被环糊精或其衍生物所微封化，这样的结果往往可以引起客体分子在理化性质上的转变，如改变客体分子的反应活性、缓释客体分子、增加客体分子的溶解度、稳定光敏、热敏或易氧化的客体分子、液态客体分子的粉末化等。正是由于客体分子具有了这样的转变，使得环糊精及其衍生物广泛地应用于分析化学、药学、农业科学、食品科学、高分子科学等众多科研领域。利用天然高分子微球载体为基体材料，在其表面交联上环糊精，既可利用环糊精成熟的超分子包合技术，包合功能分子，赋予微球多样功能性，又可以利用纤维素微球的生物亲和性、大比表面效应、小尺寸效应等优良性状来扩展环糊精的应用范围，这样的研究也将无疑极具有应用价值。搭载纳米银于无毒、生物亲和性的纤维素微球载体是一项有十分有意义的研究。 这是因为，若能将纳米银通过适当反应机制搭载在环糊精接枝后的纤维微球之上，利用环糊精同银粒子的多羟基配位机制，牢固无损固定银粒子，在配合环糊精功能化包合作用，制备成新型的无机/超分子杂化的天然高分子复合微球材料，将会是微球技术、超分子技术、 纳米技术等多项前沿技术的交叉融合，不仅提高纤维素材料应用的附加值，使之具备复合功能化，还大大扩展了上述各个领域的研究及应用范围，制得的产品不但可以应用在空调滤网、冷冻设备、抗菌防臭、保健用品等领域，还可以通过控制微球的大小和均一程度而应用在医药载体、色谱分离、选择催化等各个前沿科研领域。可以说，这样的研究符合现代生物质材料高效利用的发展趋势，对该领域的研究和开发产生可观的经济效益和社会效益， 具有重要的理论研究意义和应用价值。本发明的有益效果是1、本发明所用主要原料为天然纤维素材料，可再生、可降解。2、本发明制得的纳米银原位负载的环糊精接枝纤维素微球表面的褶皱和孔洞结构不但使得原位沉积的银粒子呈纳米状态均勻分散在微球材料表面，同时也增强了纳米银粒子在水相体系中的酸碱耐受性；3、本发明制得的纳米银原位负载的环糊精接枝纤维素微球搭载的纳米银粒子具备较强的广谱杀菌能力，配合超分子包合功能，将使得本材料具备多重功能性，进一步扩大了纤维素微球材料的利用度；4、本发明采用了自制的微球制备设备制备微球，可以连续制备再生纤维素微球材料，与传统的断续制备过程(每天制备数十克微球材料)，本发明设计的实验室小型连续微球制备设备可以提高到每天制备数千克微球材料，将该设备放大后，可以应用于工业生产。本发明的纳米银原位负载的环糊精接枝纤维素微球材料的制备方法用于制造纤维素微球材料。
图1是本发明微球制备设备的结构图，1-1是转子、1-2是转轴、1-3是电动机、1_4 是速控装置、1-5是底座；图2是图1中转子1-1的放大图；图3是微球制备设备与塑料槽结构图，2是塑料槽；图4是分离装置结构图，3-1是顶部、3-2是空筒、3-3是活塞；图5是纤维素微球扫描电子显微镜图片，放大倍数是150倍；图6是纤维素微球扫描电子显微镜图片， 放大倍数是10000倍；图7是β-环糊精接枝纤维素微球的扫描电子显微镜图片，放大倍数是150倍；图8是β-环糊精接枝纤维素微球的扫描电子显微镜图片，放大倍数是10000倍； 图9是纳米银沉积β-环糊精接枝纤维素微球扫描电子显微镜图片，放大倍数是150倍；图 10是纳米银沉积β -环糊精接枝纤维素微球扫描电子显微镜图片，放大倍数是10000倍； 图11是纳米银沉积β -环糊精接枝纤维素微球电子背散射图片，放大倍数是10000倍；图 12是纳米银沉积的β-环糊精接枝纤维素微球X射线光电子能谱图；图13是纤维素黄原酸酯粘胶液粘度与微球粒径分布百分率的关系图，其中白色柱代表粒径尺寸小于200 μ m， 浅灰色柱代表粒径尺寸为200 280 μ m,深灰色柱代表粒径尺寸为281 400 μ m。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式
，还包括各具体实施方式
之间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式的制备微球材料的设备由转子1-1、转轴1-2、电动机1-3、速控装置1-4和底座1-5组成 ’转子1-1、转轴1-2、和电动机1_3安装在底座1_5 上，转子1-1与电动机1-3通过转轴1-2连接，速控装置1-4与电动机1-3联接；转子1_1 的转子壁上设有圆形孔洞。本实施方式中微球制备设备采用自制的旋转离心微球制备设备，可以连续快速制备纤维素微球。所述微球制备设备由转子、转轴、电动机、速控装置和底座组成，其中电动机和速控装置购自中达电通股份有限公司，转子为不锈钢材质，转子壁上设有圆形孔洞，电动机可以通过转轴带动转子转动。通过调节转速、改变转子壁上圆形孔洞的尺寸，可以制备出不同粒径范围的微球。采用微球制备设备可以连续制备微球，与传统的断续制备过程相比，可以提速百倍左右。通过调节纤维素黄原酸酯粘胶液的粘度，也可以调控微球尺寸，纤维素黄原酸酯粘胶液粘度与微球粒径分布百分率的关系图如图13所示。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是转子1-1为不锈钢材质，转子1-1壁厚为0. 3 3mm，圆形孔洞的直径为0. 3 2. 5mm。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三利用具体实施方式
一中的制备微球材料的设备制备纳米银原位负载的环糊精接枝纤维素微球材料的方法按以下步骤实现一、制备纤维素微球a、称取纤维素、浓度为150 250g/L的氢氧化钠水溶液I、 浓度为30 80g/L的氢氧化钠水溶液II和CS2，其中纤维素与氢氧化钠水溶液I的比例为 Ig (8 12mL)，纤维素与氢氧化钠水溶液II的比例为Ig (8 20mL)，纤维素与
的比例为Ig (0. 4 0. 6mL) ；b、将a中称取的纤维素浸入到a中称取的氢氧化钠水溶液 ι中，搅拌使其分散均勻，浸渍池后得到碱纤维素，将碱纤维素捞出挤干至其质量为原纤维素质量的3 5倍，然后在室温下密封老化100 140h，向老化完毕的碱纤维素中加入a中称取的CS2,在室温下，水浴振荡3h，得到纤维素黄原酸酯固体，向纤维素黄原酸酯固体中加入a中称取的氢氧化钠水溶液II，水浴振荡4 他，得到纤维素黄原酸酯粘胶液；C、在微球制备设备1的周围放置好环形塑料槽2，向塑料槽2中加入浓度为1 2mol/L的盐酸水溶液；将b中得到的纤维素黄原酸酯粘胶液通过漏斗勻速注入到纤维素微球制备设备的圆柱形转子中，转子的转速为600 800r/min，纤维素黄原酸酯粘胶液从转子壁的圆形孔洞中甩出，落入盐酸溶液中，得到再生纤维素微球，当微球上浮时，将其捞出，得到固化的纤维素微球；将固化的纤维素微球装在纱布中，先用60°C蒸馏水浸泡洗涤2 3次，再用无水乙醇浸泡洗涤1 2次，取出固化的微球，将其单层平铺在表面皿上，放于80°C真空干燥箱中干燥3 他，得到纤维素微球；二、制备β-环糊精接枝纤维素微球材料d、按每升蒸馏水中含有60 150g β -环糊精或β -环糊精衍生物、80 120g多元羧酸和30 60g NaH2PO4的比例配制浸渍液；通过标准筛筛分出粒径范围为200 600 μ m的步骤一得到纤维素微球；按Ig 50ml 的比例称取筛分出的纤维素微球和浸渍液；e、将d中称取的纤维素微球在80°C烘箱中烘干至恒重，将其放入d中称取的浸渍液中，在超声振荡的条件下浸渍7 15min，静置后滤出微球，将微球置于80°C烘箱中烘干0. 8 池，然后将所得微球在干燥器中冷却后称重，若微球增重>浸渍前微球质量的10%，进行步骤f，若增重<浸渍前微球质量的10%，则将微球按照e中的条件，再次浸渍、过滤、烘干、称重，直至微球增重>浸渍前微球质量的10% ；f、将步骤e所得产物立即转移到180°C烘箱中，3 Smin后取出微球，依次用60°C蒸馏水、乙醇洗涤后，置于105°C烘箱中烘干至恒重，得到β -环糊精接枝纤维素微球材料；三、制备纳米银原位负载的环糊精接枝纤维素微球材料将步骤二所得的 β -环糊精接枝纤维素微球材料先浸于浓度为0. 01mol/L的硝酸银水溶液中保持3 8min、再浸于无水乙醇中保持25 35s，然后再放入0. lmol/L的硼氢化钾水溶液中，超声振荡5 lOmin，将微球取出，用去离子水浸洗后，置于105°C烘箱中干燥20 48h，得到纳米银原位负载的环糊精接枝纤维素微球材料。本实施方式中纤维素可以利用现有技术从含有天然纤维素的材料中提取获得，也可以使用破碎成Imm2左右的脱脂棉碎片(脱脂棉中纤维素含量接近100% )，也可以使用市售的纤维素；步骤一的b中水浴振荡采用的是恒温水浴振荡器，振荡功率为1800W，步骤一的c中盐酸水溶液将纤维素黄原酸酯粘胶液转化为再生纤维素，该过程也同时是纤维素黄原酸酯粘胶液滴固化的过程。盐酸溶液的深度约为15 20cm，要满足落入的粘胶液滴完成整个下沉及上浮的固化过程，溶液过浅则液滴未完全固化即碰到容器底部而导致制备微球变形，过深则会造成盐酸溶液的浪费。在微球固化的过程中，盐酸水溶液最好能不断搅动并及时将已固化的微球取出，以免盐酸液面上微球密度过大而导致粘连。步骤三中超声振荡功率为200 300W。本实施方式中微球制备设备的转子壁厚为0. 5mm，转子壁上设有圆形孔洞，圆形孔洞的直径为0. 5mm。本实施方式的有益效果是1、本实施方式所用主要原料为天然纤维素材料，可再生、可降解。2、本实施方式制得的纳米银原位负载的β -环糊精接枝纤维素微球表面的褶皱和孔洞结构不但使得原位沉积的银粒子呈纳米状态均勻分散在微球材料表面，同时也增强了纳米银粒子在水相体系中的酸碱耐受性；3、本实施方式制得的纳米银原位负载的β -环糊精接枝纤维素微球搭载的纳米银粒子具备较强的广谱杀菌能力，配合超分子包合功能，将使得本材料具备多重功能性，进一步扩大了纤维素微球材料的利用度；4、本实施方式采用了自制的微球制备设备制备微球，可以连续制备再生纤维素微球材料，与传统的断续制备过程(每天制备数十克微球材料)，本发明设计的实验室小型连续微球制备设备可以提高到每天制备数千克微球材料，将该设备放大后，可以应用于工业生产。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤一的a中氢氧化钠水溶液I的浓度为160 240g/L、氢氧化钠水溶液II的浓度为35 75g/L。其它与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
三或四不同的是步骤一的a中纤维素与氢氧化钠水溶液I的比例为Ig (9 IlmL)，纤维素与氢氧化钠水溶液II的比例为 Ig (9 18mL)，纤维素与的比例为Ig (0. 45 0. 55mL)。其它与具体实施方式
三或四相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
三至五之一不同的是步骤一的b中将碱纤维素捞出挤干至其质量为原纤维素质量的3. 5 4. 5倍，然后在室温下密封老化110 130h。其它与具体实施方式
三至五之一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
三至六之一不同的是步骤一的c中转子的转速为650 750r/min。其它与具体实施方式
三至六之一相同。微球制备设备转子的转速可以调节，既可以提高生产效率，也可以调节产品微球粒径。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
三至七之一不同的是步骤二的d中通过标准筛筛分出粒径范围为320 480 μ m的步骤一得到纤维素微球。其它与具体实施方式
三至七之一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
三至八之一不同的是步骤二的d中多元羧酸为1，2，3，4_ 丁烷四羧酸或柠檬酸。其它与具体实施方式
三至八之一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
三至九之一不同的是步骤三中将步骤二所得的β -环糊精接枝纤维素微球材料先浸于浓度为0. 01mol/L的硝酸银水溶液中保持4 7min、再浸于无水乙醇中保持28 32s，然后再放入0. lmol/L的硼氢化钾水溶液中， 超声振荡6 9min。其它与具体实施方式
三至九之一相同。由于硼氢化钾的用量远超反应所需用量，因此还原反应进行剧烈，在反应开始瞬间，观察到纤维素微球由白色变成黄色，表明银纳米颗粒已经生成，随着反应进行，纤维素微球颜色由亮黄向浅黄、深黄最终变成褐黄。采用以下试验验证本发明的有益效果试验一制备微球材料的设备1由转子1-1、转轴1-2、电动机1-3、速控装置1_4和底座1-5组成 ’转子1-1、转轴1-2、和电动机1-3安装在底座1-5上，转子1_1与电动机1_3 通过转轴1-2连接，速控装置1-4与电动机1-3联接；转子1-1为不锈钢材质，转子1-1的转子壁上设有圆形孔洞，转子壁厚为0. 5mm,圆形孔洞的直径为0. 5mm。试验二 利用试验一的制备微球材料的设备制备纳米银原位负载的β -环糊精接枝纤维素微球材料的方法按以下步骤进行一、制备纤维素微球a、称取纤维素、浓度为200g/L的氢氧化钠水溶液I、浓度为 60g/L的氢氧化钠水溶液II和CS2，其中纤维素与氢氧化钠水溶液I的比例为Ig IOmL, 纤维素与氢氧化钠水溶液II的比例为Ig 15mL，纤维素与(^2的比例为Ig 0. 5mL ;b、将 a中称取的纤维素浸入到a中称取的氢氧化钠水溶液I中，搅拌使其分散均勻，浸渍池后得到碱纤维素，将碱纤维素捞出挤干至其质量为原纤维素质量的4倍，然后在室温下密封老化120h，向老化完毕的碱纤维素中加入a中称取的CS2,在室温下，水浴振荡池，得到纤维素黄原酸酯固体，向纤维素黄原酸酯固体中加入a中称取的氢氧化钠水溶液II，水浴振荡5h， 得到纤维素黄原酸酯粘胶液；C、在微球制备设备1的周围放置好环形塑料槽2，向塑料槽2 中加入浓度为1. 5mol/L的盐酸水溶液；将b中得到的纤维素黄原酸酯粘胶液通过直径为 Ilcm的漏斗勻速注入到纤维素微球制备设备的圆柱形转子中，转子的转速为750r/min，纤维素黄原酸酯粘胶液从转子壁的圆形孔洞中甩出，落入盐酸溶液中，得到再生纤维素微球， 当微球上浮时，将其捞出，得到固化的纤维素微球；将固化的纤维素微球装在纱布中，先用 60°C蒸馏水浸泡洗涤3次，再用无水乙醇浸泡洗涤2次，取出固化的微球，将其单层平铺在表面皿上，放于80°C真空干燥箱中干燥4h，得到纤维素微球；二、制备β -环糊精接枝纤维素微球材料d、按每升蒸馏水中含有IOOg β -环糊精或β -环糊精衍生物、IOOg多元羧酸和30g NaH2PO4的比例配制浸渍液；通过标准筛筛分出粒径范围为320 480 μ m的步骤一得到纤维素微球；按Ig 50ml的比例称取筛分出的纤维素微球和浸渍液；e、将d中称取的纤维素微球在80°C烘箱中烘干至恒重，将其放入d 中称取的浸渍液中，在超声振荡的条件下浸渍lOmin，超声功率为250W，静置30min后滤出微球，将微球置于80°C烘箱中烘干lh，然后将所得微球在干燥器中冷却后称重，若微球增重>浸渍前微球质量的10%，进行步骤f，若增重<浸渍前微球质量的10%，则将微球按照 e中的条件，再次浸渍、过滤、烘干、称重，直至微球增重>浸渍前微球质量的10%;f、将步骤 e所得产物立即转移到180°C烘箱中，5min后取出微球，依次用60°C蒸馏水、乙醇洗涤后，置于105°C烘箱中烘干至恒重，得到β -环糊精接枝纤维素微球材料；三、制备纳米银原位负载的环糊精接枝纤维素微球材料将步骤二所得的 β -环糊精接枝纤维素微球材料先浸于浓度为0. Olmol/L的硝酸银水溶液中保持5min、再浸于无水乙醇中保持30s，然后再放入0. lmol/L的硼氢化钾水溶液中，超声振荡IOminJf 微球取出，用去离子水浸洗后，置于105°C烘箱中干燥24h，得到纳米银原位负载的β -环糊精接枝纤维素微球材料。为了测试微球表面β -环糊精活性，需要多元羧酸微球作为对照样品，多元羧酸微球制备方法与β-环糊精接枝纤维素微球材料的制备方法区别仅在于步骤二中的浸渍液不同，前者采用的浸渍液不含β-环糊精或β-环糊精衍生物，按照每升蒸馏水中含有 IOOg柠檬酸和30gNaH2P04的比例配制，其它与步骤二制备的β -环糊精接枝纤维素微球材料的制备方法相同，用此方法制备多元羧酸微球对照样品。测试部分一、电镜和电子能谱图测试结果如下图5是纤维素微球扫描电子显微镜图片，放大倍数是150倍；图6是纤维素微球扫描电子显微镜图片，放大倍数是10000倍；图7是β -环糊精接枝纤维素微球的扫描电子显微镜图片，放大倍数是150倍；图8是β -环糊精接枝纤维素微球的扫描电子显微镜图片， 放大倍数是10000倍；图9是纳米银沉积β-环糊精接枝纤维素微球扫描电子显微镜图片， 放大倍数是150倍；图10是纳米银沉积β -环糊精接枝纤维素微球扫描电子显微镜图片， 放大倍数是10000倍；图11是纳米银沉积环糊精接枝纤维素微球电子背散射图片，放大倍数是10000倍；图12是纳米银沉积的环糊精接枝纤维素微球χ射线光电子能谱图。对比图5和图6可知，纤维素微球材料的粒径的尺寸为数百纳米，且纤维素微球材料表面较为平整。对比图5和图7可知，β -环糊精接枝后的纤维素微球球形外貌并没有显著改变， 但比较图6和图8可知，接枝β -环糊精后的纤维素微球表面已经显著改变，有层状沉积微结构生成。对比图5、7及9可知，纳米银沉积后的β -环糊精接枝纤维素微球的球形外貌没有显著改变，但比较图6、8和图10后发现，搭载纳米银后的微球材料其微观表面结构介于纤维素微球材料和环糊精接枝的纤维素微球材料之间。进一步可以由图11发现，很多由于环糊精接枝而留下的层状沉积微结构被纳米银所填充，且纳米银的粒径分布在 400-600nm 之间。
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由图12可以得出Ag的3d电子轨道双峰的结合能分别为373. 4eV (3d3/2)、 367. 4eV(3d5/2)，该测量值与零价态金属银3d电子轨道双峰结合能的文献值373. OeV (Ag 3d3/2)和367. 9eV(Ag 3d5/2)的差距在仪器误差允许(士0. kV)的范围内，证明表面沉积的银元素以零价态形式存在。二、利用酚酞分子探针法对本试验二的纳米银原位负载的β -环糊精接枝纤维素微球表面的环糊精活性进行了检测，具体实验步骤如下1、β -环糊精校准曲线的绘制步骤如下a:酚酞储备液的制备准确称取0. 3183g酚酞，用无水乙醇定容至IOOmL,配成 10_2mOl/L的酚酞溶液，然后分别移取25. OmL和1. OmL上述10_2mOl/L的酚酞溶液，分别置于250mL、100mL容量瓶中，用高纯水定容、摇勻，配制成10_3和10_4mol/L的酚酞储备液。准确移取96mL、l(T3mol/L酚酞储备液，于IOOOmL容量瓶中，用pH值为10. 5的Na2CO3-NaHCO3 缓冲溶液定容，制得0. 96X 10_4mOl/L酚酞溶液。b 准确称取0. 1135gi3-环糊精，置于IOOmL容量瓶中，用高纯水定容，得10_3mol/ Li3-环糊精储备液。c β -环糊精标准溶液的配制移取5mL浓度为10_3mol/L的酚酞储备液六份，置于六个250mL容量瓶中，分别向六个容量瓶中加入10_3mol/L的β -环糊精储备液0mL、lmL、 2mL、3mL、4mL、5mL，然后用pH值为10. 5的Na2CO3-NaHCO3缓冲溶液定容，得到β -环糊精浓度为O的酚酞对照液和β -环糊精的浓度分别为4Χ 10_6mOl/L、8X 10_6mOl/L、12X 10_6mOl/ L、16X l(T6mol/L、20X l(T6mol/L的β -环糊精标准系列溶液。d 在553nm波长处，以高纯水为参比，利用紫外-可见分光光光度计测定酚酞对照液和β-环糊精标准系列溶液的吸光度(Α)，并计算吸光度之差(ΔΑ)，ΔΑ为测得的酚酞对照溶液的吸光度与β-环糊精标准系列溶液的吸光度之差。以ΔΑ为纵坐标，β-环糊精浓度(Ctl)为横坐标进行线性回归得到环糊精及其衍生物的校准曲线，见公式1，该线性拟合的相关系数r2 = 0. 995。ΔΑ = 1. 565C0(mol/L)+0. Oil(1)2、将Ig β -环糊精接枝纤维素微球置于50mL具塞比色管中，分别加入25mL步骤 1中配置的浓度为0. 96X 10_4mol/L酚酞溶液、IOmL pH值为10. 5的Na2CO3-NaHCO3缓冲溶液。上下颠倒振荡lOmin，随后超声振荡lOmin，以此振动形式重复3次并静置10小时，使酚酞与环糊精接枝纤维素微球表面的活性环糊精包合完全，得到混合液。3、组装分离装置3，如图3所示，分离装置3为20mL医用注射器，包括顶部3_1、空筒3-2和活塞3-3，将0. 45 μ m的纤维素滤膜安装在顶部3_1，将步骤2得到的混合液置于空筒3-2中，推动活塞过滤微球，将所得滤液放入IOOmL容量瓶中，取出微球，用7mL pH值为 10. 5的Na2CO3-NaHCO3缓冲溶液充分、快速洗涤微球，收集洗涤液，转移至步骤2中的IOOmL 容量瓶中，与滤液合并，用PH值为10. 5的Na2CO3-NaHCO3缓冲溶液定容，得到IOOmL β -环糊精接枝纤维素微球的待测液I。4、按照步骤2和3，分别制备出纳米银原位沉积β -环糊精接枝纤维素微球的待测液II和多元羧酸微球的待测液III。5、对β -环糊精接枝纤维素微球材料表面活性β -环糊精含量的检测步骤如下以高纯水为参比，分别于553nm波长处下测定待测液I的吸光度，计算出酚酞对照液的吸光度与待测液I的吸光度的差值ΔΑ，按照公式1得到待测液I中活性β-环糊精物质的量浓度，即得到环糊精接枝纤维素微球中活性环糊精物质的量浓度。6、按照步骤5的方法，分别检测待测液II和待测液III，得到纳米银原位沉积 β-环糊精接枝纤维素微球和多元羧酸微球中活性β-环糊精的物质的量浓度。7、按照公式2计算β -环糊精接枝纤维素微球样品和纳米银原位沉积β -环糊精接枝纤维素微球样品表面活性β -环糊精含量(wt. % )。
表面活性环糊精含量(％) =(C"Co)X°-lxMx 100%(2)
mCtl为β -环糊精接枝纤维素微球样品或纳米银原位沉积β -环糊精接枝纤维素微球样品表面活性β-环糊精的物质的量浓度(mol/L)；c为多元羧酸对照样品表面活性β -环糊精的物质的量浓度(mol/L)；M为β-环糊精的摩尔质量(1134. 98g/mol)；m为称取微球的质量(g)。经计算得到β -环糊精接枝纤维素微球样品和纳米银原位沉积β -环糊精接枝纤维素微球表面活性β -环糊精含量分别为0.21%和0. 19%。对比两个数据可以发现，搭载纳米银之后基本上能保持微球材料表面β-环糊精的包合活性。三、杀菌测试(一 )应用本试验二的纳米银原位负载的β -环糊精接枝纤维素微球材料对大肠杆菌进行了杀菌测试，大肠杆菌(E.coli)GIM 1.173购买自广东微生物菌种保藏中心，具体实验步骤如下1、取7支灭菌试管，每支试管加入LOmL营养肉汤，在每支试管中加入0. lmL、浓度为105cfu/mL的大肠杆菌菌悬液，在7个试管中分别加入0g、0. lg、0. 05g、0. 025g、0. 0125g、 0. 0063g、0. 0031g纳米银原位负载的β-环糊精接枝纤维素微球材料，混勻，于37°C恒温培养箱中培养M小时后取出，用肉眼观察培养液浑浊度，确定细菌生长情况，最后变澄清的溶液所需载银微球的用量即为最低抑菌用量。2、采用肉汤二倍稀释平板活菌计数法测定最低杀菌用量，在测定最低抑菌用量基础上，再依次将未见细菌生长的各管清液，用0. OlmL定量接种环接种于各菌种的琼脂平板上，37°C下培养M小时，未见细菌生长的最低纳米银原位负载的β-环糊精接枝纤维素微球材料的用量即为最低杀菌用量。结果表明，本试验二的纳米银原位负载的环糊精接枝纤维素微球材料对 IO4CfuAiL大肠杆菌最低抑菌用量是0. 0125g，最低杀菌用量是0. 025g。( 二)应用本试验二的纳米银原位负载的β -环糊精接枝纤维素微球材料对乙型副伤寒沙门氏菌进行了杀菌测试，乙型副伤寒沙门氏菌(S. paratyphi B)GIM1.2M购买自广东微生物菌种保藏中心，具体实验步骤如下1、取7支灭菌试管，每支试管加入LOmL营养肉汤，在每支试管中加入0. lmL、浓度为IO5CfVmL的乙型副伤寒沙门氏菌菌悬液，在7个试管中分别加入0g、0. lg、0. 05g、 0. 025g、0. 0125g、0. 0063g、0. 0031g纳米银原位负载的β -环糊精接枝纤维素微球材料，混勻，于37°C恒温培养箱中培养M小时后取出，用肉眼观察培养液浑浊度，确定细菌生长情况，最后变澄清的溶液所需载银微球的用量即为最低抑菌用量。2、采用肉汤二倍稀释平板活菌计数法测定最低杀菌用量，在测定最低抑菌用量基础上，再依次将未见细菌生长的各管清液，用0. OlmL定量接种环接种于各菌种的琼脂平板上，37°C下培养M小时，未见细菌生长的最低纳米银原位负载的β -环糊精接枝纤维素微球材料的用量即为最低杀菌用量。结果表明，本试验二的纳米银原位负载的环糊精接枝纤维素微球材料对 IO4CfuAiL乙型副伤寒沙门氏菌最低抑菌用量是0. 0125g，最低杀菌用量是0. 025g。上述杀菌测试表明本试验二的纳米银原位负载的β -环糊精接枝纤维素微球材料具有较强的杀菌能力。四、搭载天然芳香功能客体分子实验本发明制备的可以搭载天然芳香功能客体分子，如丁香酚，薄荷醇，柠檬醛，香草醛，苏合香，肉桂精油，玫瑰精油，薰衣草精油，降香精油，金银花精油，丁香精油，仓术精油寸。(一 )应用本试验二的纳米银原位负载的β -环糊精接枝纤维素微球材料对林化天然芳香分子丁香酚进行搭载实验，具体操作步骤如下称取IOg本试验二的纳米银原位负载的β -环糊精接枝纤维素微球材料放入容器中，加入30mL、50°C去离子水，在功率为250W的条件下，超声振荡15min，加入150 μ L 丁香酚液体，此步骤要确保丁香酚过量，得到混合液，将装有上述混合液的容器密封，在暗室磁力搅拌他，促使丁香酚与β-环糊精充分包合，抽滤混合液，将所得微球分别用IOOmL去离子水和IOOmL乙醇洗涤，将洗涤后的微球放入冷冻干燥机中，在_70°C预冻6小时后，按照表一的冷冻程序进行干燥，并保持干燥机内压力在30 以下，干燥后即得搭载丁香酚的纳米银原位负载的环糊精接枝纤维素微球材料。表一冷冻干燥程序
程序12O45678温度(V)-30-25-20-15-10-5O10时间(h)11111122采用紫外可见分光光度法测定微球搭载丁香酚的含量，具体步骤如下1、绘制丁香酚的紫外校正曲线。准确吸取10 μ L 丁香酚原液于IOOmL容量瓶中， 用无水乙醇定容，溶液浓度为6. 46X10、ol/L，再从中准确移取4mL、7mL、10mL、13mL、16mL 分别于IOOmL容量瓶中，用无水乙醇定容。以无水乙醇为空白，在观？!!!!!处测吸光度(A)，建立丁香酚校正曲线见公式3，该线性拟合的相关系数为(r)0. 9994，丁香酚的浓度c(mol/L) 即可由公式3求出。A = 6773c+0.0156(3)2、提取丁香酚，用SmL无水乙醇溶解1. 5g搭载丁香酚的纳米银原位负载的β -环糊精接枝纤维素微球材料，超声20min提取包合于微球材料中的丁香酚，离心分离出乙醇丁香酚提取液，离心机转速为2000rpm，离心时间lOmin。提取液被无水乙醇稀释20倍后在
处测定吸光度，带入公式3中，得到提取液中丁香酚的浓度，按照公式4可以得到包合物中丁香酚的浓度。
微球搭载丁香酚质量百分率(％) = 26.27 χ-χ 100%(4)
m其中，m代表所称量的搭载丁香酚的纳米银原位负载的环糊精接枝纤维素微球材料质量(g)，系数26. 27为丁香酚的摩尔质量(164. 2g/mol)、稀释因子Q0)和提取液体积(0.008L)的乘积，c(mol Γ1)为所测包合物中丁香酚的摩尔浓度。结果表明，丁香酚占微球的质量分数为2.6%，包合态的β-环糊精具有缓释释香效应及杀菌能力，经计算，只要称取0. 19g 丁香酚搭载的环糊精接枝纤维素微球，混于 IL水中即可产生灭菌效果。(二)应用本试验二的纳米银原位负载的β -环糊精接枝纤维素微球材料对天然芳香分子薄荷醇进行搭载实验，具体操作步骤如下称取IOg本试验二的纳米银原位负载的β -环糊精接枝纤维素微球材料放入容器中，加入30mL去离子水、0. 1370g薄荷醇粉末，将容器密封、磁力搅拌他后，放入冷冻干燥机中，在-70°C预冻6小时后，按照表一中的冷冻程序进行干燥，并保持干燥机内压力在30 以下。干燥后即得搭载薄荷醇的纳米银原位负载的环糊精接枝纤维素微球材料。采用气相色谱法对其中薄荷醇含量进行测定，气相色谱内标法测定搭载薄荷醇的纳米银原位负载的环糊精接枝纤维素微球材料中薄荷醇的含量，具体操作步骤如下称取2g搭载薄荷醇的纳米银原位负载的β -环糊精接枝纤维素微球材料放入离心管中，加入6mL乙醇，密封后，超声水浴振荡30min，超声功率为250w取出静置池后离心， 取其澄清液。将澄清液取出后，再离心提取一次，合并滤液进行气相色谱定量分析。采用Agilent 6890气相色谱仪，选用的内标物为萘，气相色谱内标定量的条件为进样口 温度为250 °C，N2为载气，压力IOOkPa,分流比50 1，分流流量 134mL/min，进样量1 μ L，平均线速度43cm/s ；柱温箱1柱恒压模式压力IOOkPa,流量2. lmL/min，平均线速度43cm/s，柱温120°C，检测器250°C (前检测器)，氢气流量30. OmL/min,点火补偿2. 0，空气流量 300mL/min，尾吹气流量队，恒定柱流量+尾吹气流量25. OmL/min ；乙醇的保留时间为1. 180min，薄荷醇的保留时间为2. 97%iin，萘的保留时间为 3.188min。准确称取萘与薄荷醇各lOOmg，溶解于5mL乙醇中得到测定薄荷醇的对萘的相对校正因子的待测试液。采用5 μ L进样器进样1 μ L，平行进样20次，按公式5计算相对校正因子。
y Ini -As/ =^-T-(5)
mS-A其中，HIi为薄荷醇的质量，As为萘的峰面积，ms为萘的质量，Ai为薄荷醇的出峰面积。薄荷醇对萘的相对校正因子〖\为1.202。薄荷醇质量的计算公式如公式6所示， 将薄荷醇质量带入公式7可以得到包合物中薄荷醇的浓度。
权利要求
1.制备微球材料的设备，其特征在于制备微球材料的设备(1)由转子(1-1)、转轴 (1-2)、电动机(1-3)、速控装置(1-4)和底座(1-5)组成；转子(1-1)、转轴(1_2)、和电动机(1-3)安装在底座(1-5)上，转子(1-1)与电动机(1-3)通过转轴(1-2)连接，速控装置 (1-4)与电动机(1-3)联接；转子(1-1)的转子壁上设有圆形孔洞。
2.根据权利要求1所述的一种制备微球材料的设备，其特征在于转子(1-1)为不锈钢材质，转子1-1壁厚为0. 3 3mm，圆形孔洞的直径为0. 3 2. 5mm。
3.利用权利要求1所述的制备微球材料的设备制备纳米银原位负载的环糊精接枝纤维素微球材料的方法，其特征在于利用制备微球材料的设备制备纳米银原位负载的 β-环糊精接枝纤维素微球材料的方法是按以下步骤进行一、制备纤维素微球a、称取纤维素、浓度为150 250g/L的氢氧化钠水溶液I、浓度为30 80g/L的氢氧化钠水溶液II和CS2，其中纤维素与氢氧化钠水溶液I的比例为 Ig (8 12mL)，纤维素与氢氧化钠水溶液II的比例为Ig (8 20mL)，纤维素与的比例为Ig (0. 4 0. 6mL) ；b、将a中称取的纤维素浸入到a中称取的氢氧化钠水溶液 ι中，搅拌使其分散均勻，浸渍池后得到碱纤维素，将碱纤维素捞出挤干至其质量为原纤维素质量的3 5倍，然后在室温下密封老化100 140h，向老化完毕的碱纤维素中加入a中称取的CS2,在室温下，水浴振荡3h，得到纤维素黄原酸酯固体，向纤维素黄原酸酯固体中加入a中称取的氢氧化钠水溶液II，水浴振荡4 他，得到纤维素黄原酸酯粘胶液；C、在微球制备设备(1)的周围放置好环形塑料槽(2)，向塑料槽O)中加入浓度为1 2mol/L的盐酸水溶液；将b中得到的纤维素黄原酸酯粘胶液通过漏斗勻速注入到纤维素微球制备设备的圆柱形转子中，转子的转速为600 800r/min，纤维素黄原酸酯粘胶液从转子壁的圆形孔洞中甩出，落入盐酸溶液中，得到再生纤维素微球，当微球上浮时，将其捞出，得到固化的纤维素微球；将固化的纤维素微球装在纱布中，先用60°C蒸馏水浸泡洗涤2 3次，再用无水乙醇浸泡洗涤1 2次，取出固化的微球，将其单层平铺在表面皿上，放于80°C真空干燥箱中干燥3 他，得到纤维素微球；二、制备β-环糊精接枝纤维素微球材料d、按每升蒸馏水中含有60 150gβ-环糊精或β -环糊精衍生物、80 120g多元羧酸和30 60g NaH2PO4的比例配制浸渍液；通过标准筛筛分出粒径范围为200 600 μ m的步骤一得到纤维素微球；按Ig 50ml的比例称取筛分出的纤维素微球和浸渍液；e、将d中称取的纤维素微球在80°C烘箱中烘干至恒重， 将其放入d中称取的浸渍液中，在超声振荡的条件下浸渍7 15min，静置后滤出微球，将微球置于80°C烘箱中烘干0. 8 池，然后将所得微球在干燥器中冷却后称重，若微球增重 >浸渍前微球质量的10%，进行步骤f，若增重<浸渍前微球质量的10%，则将微球按照e 中的条件，再次浸渍、过滤、烘干、称重，直至微球增重>浸渍前微球质量的10% ；f、将步骤 e所得产物立即转移到180°C烘箱中，3 Smin后取出微球，依次用60°C蒸馏水、乙醇洗涤后，置于105°C烘箱中烘干至恒重，得到β -环糊精接枝纤维素微球材料；三、制备纳米银原位负载的环糊精接枝纤维素微球材料将步骤二所得的环糊精接枝纤维素微球材料先浸于浓度为0. 01mol/L的硝酸银水溶液中保持3 8min、再浸于无水乙醇中保持25 35s，然后再放入0. lmol/L的硼氢化钾水溶液中，超声振荡5 lOmin，将微球取出，用去离子水浸洗后，置于105°C烘箱中干燥20 48h，得到纳米银原位负载的环糊精接枝纤维素微球材料。
4.根据权利要求3所述的利用制备微球材料的设备制备纳米银原位负载的β-环糊精接枝纤维素微球材料的方法，其特征在于步骤一的a中氢氧化钠水溶液I的浓度为160 240g/L、氢氧化钠水溶液II的浓度为35 75g/L。
5.根据权利要求3所述的利用制备微球材料的设备制备纳米银原位负载的β-环糊精接枝纤维素微球材料的方法，其特征在于步骤一的a中纤维素与氢氧化钠水溶液I的比例为Ig (9 IlmL)，纤维素与氢氧化钠水溶液II的比例为Ig (9 18mL)，纤维素与 (^2的比例为 Ig: (0. 45 0. 55mL)。
6.根据权利要求3或4所述的利用制备微球材料的设备制备纳米银原位负载的β-环糊精接枝纤维素微球材料的方法，其特征在于步骤一的b中将碱纤维素捞出挤干至其质量为原纤维素质量的3. 5 4. 5倍，然后在室温下密封老化110 130h。
7.根据权利要求3所述的利用制备微球材料的设备制备纳米银原位负载的β-环糊精接枝纤维素微球材料的方法，其特征在于步骤一的c中转子的转速为650 750r/min。
8.根据权利要求3或7所述的利用制备微球材料的设备制备纳米银原位负载的β-环糊精接枝纤维素微球材料的方法，其特征在于步骤二的d中通过标准筛筛分出粒径范围为 320 480 μ m的步骤一得到纤维素微球。
9.根据权利要求3或7所述的利用制备微球材料的设备制备纳米银原位负载的β-环糊精接枝纤维素微球材料的方法，其特征在于步骤二的d中多元羧酸为1，2，3，4- 丁烷四羧酸或柠檬酸。
10.根据权利要求9所述的利用制备微球材料的设备制备纳米银原位负载的β-环糊精接枝纤维素微球材料的方法，其特征在于步骤三中将步骤二所得的β -环糊精接枝纤维素微球材料先浸于浓度为0. 01mol/L的硝酸银水溶液中保持4 7min、再浸于无水乙醇中保持28 32s，然后再放入0. lmol/L的硼氢化钾水溶液中，超声振荡6 9min。
全文摘要
制备微球材料的设备及利用其制备纳米银原位负载的β-环糊精接枝纤维素微球材料的方法，它涉及球形材料的制备设备及生物质基微球材料的制备方法。本发明要解决现有的纤维素微球无法连续快速生产，以及对微球的功能化修饰仅限于单一功能修饰的问题。制备微球材料的设备由转子、转轴、电动机、速控装置和底座组成；方法一、制备纤维素微球；二、制备β-环糊精接枝纤维素微球材料；三、制备纳米银原位负载的β-环糊精接枝纤维素微球材料。本发明产品搭载的纳米银粒子具备广谱杀菌能力，配合超分子包合功能，使得本材料具备多重功能性；微球制备设备可以连续制备微球，与传统断续制备相比，可以提速百倍左右。本发明用于制备纤维素微球材料。
文档编号C08J3/12GK102492156SQ20111041566
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者司红燕, 李斌, 林立, 王霆, 陈立钢 申请人:东北林业大学