本发明涉及一种纳米银抗菌再生丝素蛋白材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术：
我国是蚕丝的主要生产国，蚕丝产量占世界产量的70%以上。蚕丝蛋白是来源于自然界的天然高分子生物材料，具有优异的力学性质、可控的生物降解性、易加工性，特别是其与胶原同等的生物相容性而成为理想的再生医学支架的原材料。近年来，蚕丝的研究与应用从传统的纺织领域延伸到高新技术领域，如光电子与生物医用材料，特别是作为生物医用材料已经取得了重要进展。
目前，蚕丝经脱胶、溶解、塑形、后处理等工艺，已被成功加工成不同性状的再生丝素蛋白材料，包括致密膜、多孔膜、纳米纤维膜、凝胶、长丝、微纳球等，同时具有不同的二级结构组成，如无定形、silki和silkii结构，不同的理化性质，如降解性能、力学性能等。在生物医学领域，这些再生丝素蛋白材料显示出良好的应用前景和价值。然而，作为一种生物材料，丝素蛋白缺少对细菌的抵抗性，即无抗菌作用。临床上，生物材料所面临往往是开放式的伤口，其极易受到外来细菌的侵扰，引起伤口感染，危机生命。因此，如何赋予丝素蛋白材料抗菌性能成为材料领域的研究热点之一。
纳米银是粒径在纳米级的金属银单质，因其极高的比表面积，显示出极优异的抗菌性能，表现为抗菌能力强、抗菌光谱，是理想的抗菌整理剂。且含有纳米银的生物制品已成功在临床应用，并取得了良好的医疗效果。制备纳米银的一个关键问题就是控制纳米银的尺寸、防止纳米银的团聚，并获得良好的分散性。制备纳米银抗菌复合材料的关键则是纳米银在材料上的稳定固着及均匀分散。将制备好的纳米银整理到材料上的方案并不是一个好的方法，因为纳米银会发生团聚，均匀分散性不好，而且纳米银的固定也是难题。
因此，需要寻求一种简单、方便的制备方法合成制备纳米级银，并将纳米银均匀分散、稳定固着于再生丝素蛋白材料上，这将对再生丝素蛋白材料在再生医学领域的应用产生极为积极的意义。
技术实现要素：
本发明目的是提供一种纳米银抗菌再生丝素蛋白材料的制备方法，赋予再生丝素蛋白材料抗菌功能，满足其在再生医学领域的应用要求。
为达到上述目的，本发明具体技术方案是，一种纳米银抗菌再生丝素蛋白材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）蚕丝蛋白溶解于甲酸溶解液中制备丝素蛋白/甲酸溶液；
（2）在丝素蛋白/甲酸溶液中加入银盐，避光下搅拌溶解，得到溶解液；
（3）采用再生工艺将步骤（2）的溶解液制备成再生丝素蛋白材料；
（4）对步骤（3）的再生丝素蛋白材料进行有机溶剂后处理、去离子水充分洗涤、干燥后得到纳米银抗菌再生丝素蛋白材料。
上述技术方案中，蚕丝蛋白为桑蚕丝、柞蚕丝、蓖麻蚕丝、天蚕丝中的一种或几种。
上述技术方案中，蚕丝蛋白为脱胶丝蛋白或者再生丝素蛋白；有机溶剂为醇。
上述技术方案中，甲酸溶解液含有水、甲醇、乙醇、丙醇、氯化钙、溴化锂、氯化镁、硫氰酸锂、氯化锌、碳酸钙中的一种或几种。
上述技术方案中，甲酸溶解液中甲酸质量浓度为50%～98%。
上述技术方案中，银盐为硝酸银、氯化银、溴化银、氟化银、醋酸银、硫酸银。
上述技术方案中，银盐质量浓度为0.0001～10%，丝素蛋白质量浓度为5%～50%。
上述技术方案中，避光搅拌溶解时间为0.1～24h，温度为0～60℃。
上述技术方案中，再生工艺是延流法成膜、湿法纺丝、干法纺丝、静电纺丝、冷冻干燥、盐析法中的一种。
上述技术方案中，再生丝素蛋白材料为致密膜、多孔膜、纳米纤维膜、长丝、非织造布中的一种。
优选的，溶解液中，银盐质量浓度为0.001～0.015%，丝素蛋白质量浓度为8%～20%；避光搅拌溶解时间为1～12h，温度为4～37℃；在此优选条件下，不仅获得的天然蚕丝纤维制品具有良好的抗菌性能，而且力学性能优异。
本发明还公开了根据上述纳米银抗菌再生丝素蛋白材料的制备方法制备的纳米银抗菌再生丝素蛋白材料以及上述纳米银抗菌再生丝素蛋白材料在制备蚕丝抗菌产品中的应用。
根据本发明的技术方案，利用最简单的羧酸甲酸含有醛基而作为一种强还原性剂，可还原银离子为金属银，生成纳米金属颗粒并负载于丝素蛋白中；虽然丝素蛋白由甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸等18种氨基酸组成，其中酪氨酸残基含有强还原能力的对苯酚基，理论上能还原某些金属离子，如银离子，但是现有技术发现丝素蛋白还原效率低、效果差，最明显的就是银离子分布不均、容易聚集、以及容易流失，主要是单独丝素蛋白无法较好的还原金属。本发明产品中，纳米银的分散与固定效果非常好，本发明将银盐溶解在丝素蛋白甲酸溶液中，银盐溶解后会自然均匀分散在甲酸溶液中，然后利用氨基酸残基结合甲酸的强还原性直接在原位还原银离子为纳米银，实现纳米银的均匀分散与固定。在丝素蛋白自身氨基酸与甲酸的协同还原下，实现银离子向纳米银的快速转变，同时通过丝素蛋白的吸附包裹隔离作用，防止纳米银的团聚，并实现纳米银的持久均匀分散。最后采用成熟的再生丝素蛋白加工技术，将含纳米银的丝素蛋白溶液加工成不同形状的纳米银抗菌再生丝素蛋白材料，如致密膜、多孔膜、纳米纤维、长丝纤维等；从而可以获得非常持久的抗菌性以及耐水洗性蚕丝抗菌产品。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
（1）本发明方法简单，在甲酸的丝素蛋白制备过程中添加银盐即可实现再生丝素蛋白材料的抗菌性能；本发明采用原位还原的方法，同时利用甲酸溶剂对蚕丝的溶解能力与强还原能力，直接将银离子还原成纳米金属银颗粒，实现纳米银的生成与均匀分散；解决了现有技术银离子还原效率低、分散不均匀、易聚集、再生加工受限等缺点。
（2）本发明采用原位还原的方法，利用丝素蛋白吸附包裹银离子后，原位还原成纳米银，有效避免纳米银的团聚，并实现纳米银的良好分散性，尤其是纳米银离子与蚕丝材料结合力强。
（3）本发明制备的纳米银颗粒直径在10～100nm之间，粒径小，尺寸均匀，抗菌性能优异；本发明利用甲酸对蚕丝的溶胀性，将银子引入蚕丝内部，进而结合原位还原技术，不仅使生成的纳米银保持良好的分散性，同时使得大部分纳米银固着于蚕丝内部，抗菌性持久，解决了抗菌剂与蚕丝制品结合牢度差的问题。
（4）本发明制备的纳米银抗菌丝素蛋白材料，纳米银均匀分散于材料内外，如纤维内部与表面，多孔材料孔壁内外，因而兼有良好的细胞生物相容性与抗菌性能，且抗菌性能持久。
（5）本发明方法简单、工艺流程短、易于量产；特别是处理后的抗菌银粒子深入纤维内部，且不影响纤维力学性能的发挥，避免了现有技术盐酸、硫酸、碱等物质对蚕丝力学性能的影响，解决了现有技术抗菌性与力学性能反向比例的技术难题。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
（1）将常规再生丝素蛋白膜溶解于质量分数88%甲酸水溶液，丝素蛋白质量分数10%；
（2）然后向甲酸溶液中加入硝酸银，硝酸银质量分数0.001%，避光磁力搅拌30min溶解，温度15℃；
（3）将步骤（2）获得的溶液注入聚乙烯皿中，自然干燥成膜；
（4）将步骤（3）得到的膜置于质量分数75%的乙醇溶液中浸泡30min，然后去离子水充分洗涤后，自然晾干，即得到纳米银抗菌再生丝素蛋白膜；进行x-射线衍射测试，发现纳米银大量存在于产品内部，x-射线衍射测试图谱表现为在38°，44°，64°和77°处的纳米银特征衍射峰，透射电镜测试也观察看到产品断面有均匀纳米银分散。该膜具有十分优异的抗菌性能，对大肠杆菌、枯草菌、金色葡萄球菌的抗菌性能皆显著，且经过50次标准洗涤后，仍保留85%以上的抗菌性能。
实施例二
（1）将常规再生丝素蛋白膜溶解于质量分数98%甲酸水溶液，丝素蛋白质量分数15%；
（2）然后向甲酸溶液中加入硫酸银，硫酸银质量分数0.005%，避光磁力搅拌1h溶解，温度25℃；
（3）将步骤（2）获得的溶液进行湿法纺丝，以乙醇为凝固浴，卷绕得到再生丝素蛋白长丝纤维；
（4）对步骤（3）得到的长丝纤维进行湿态拉伸，拉伸倍数为2倍，真空干燥后得到力学性能优异的纳米银抗菌再生丝素蛋白长丝纤维；进行x-射线衍射测试，发现纳米银大量存在于纤维内部，x-射线衍射测试图谱表现为在38°，44°，64°和77°处的纳米银特征衍射峰，透射电镜测试也观察看到纤维断面有均匀纳米银分散。纤维断裂强度350mpa，断裂伸长率23%。
实施例三
（1）将常规再生丝素蛋白膜溶解于质量分数90%甲酸水溶液，丝素蛋白质量分数12%；
（2）然后向甲酸溶液中加入氟化银，氟化银质量分数0.002%，避光磁力搅拌2h溶解，温度35℃；
（3）将步骤（2）获得的溶液进行静电纺丝，纺丝电压12kv，纺丝距离12cm，流速0.5ml/h，纺丝后得到静电纺丝素蛋白纳米纤维，纤维直径100～500nm之间；
（4）将步骤（3）得到的纳米纤维置于质量分数75%的甲醇溶液中浸泡30min，然后去离子水充分洗涤后，自然晾干，即得到纳米银抗菌丝素蛋白纳米纤维膜；进行x-射线衍射测试，发现纳米银大量存在于产品内部，x-射线衍射测试图谱表现为在38°，44°，64°和77°处的纳米银特征衍射峰，透射电镜测试也观察看到纤维断面有均匀纳米银分散，纤维膜断裂强度10mpa，断裂伸长率18%。
实施例四
（1）将脱胶蚕丝直接溶解于含质量分数2%氯化钙的98%甲酸溶液中，丝素蛋白质量分数20%；
（2）然后向甲酸溶液中加入硝酸银，硝酸银质量分数0.01%，避光磁力搅拌12h溶解，温度10℃；
（3）将步骤（2）获得的溶液进行静电纺丝，纺丝电压20kv，纺丝距离12cm，流速0.8ml/h，纺丝后得到静电纺丝素蛋白纳米纤维，纤维直径500～1000nm之间；
（4）将步骤（3）得到的纳米纤维置于质量分数50%的乙醇溶液中浸泡30min，然后去离子水充分洗涤后，自然晾干，即得到纳米银抗菌丝素蛋白纳米纤维膜；进行x-射线衍射测试，发现纳米银大量存在于蚕丝内部，x-射线衍射测试图谱表现为在38°，44°，64°和77°处的纳米银特征衍射峰，透射电镜测试也观察看到纤维断面有均匀纳米银分散，纤维膜断裂强度18mpa，断裂伸长率28%。
实施例五
（1）将脱胶蚕丝直接溶解于含质量分数2%氯化钙的98%甲酸溶液中，丝素蛋白质量分数10%；
（2）然后向甲酸溶液中加入硝酸银，硝酸银质量分数0.001%，避光磁力搅拌24h溶解，温度4℃；
（3）向步骤（2）溶液中加入粒径200～300µm氯化钠，氯化钠与丝素重量比20：1，然后将溶液注入模具中，放入通风橱中挥发甲酸，最后将模具放入去离子水中去除氯化钠，得到湿态丝素蛋白多孔材料；
（4）将步骤（3）得到的湿态丝素蛋白多孔材料进行冷冻处理，冷冻温度-20℃，然后冷冻干燥，即得到纳米银抗菌再生丝素蛋白多孔材料；进行x-射线衍射测试，发现纳米银大量存在于蚕丝内部，x-射线衍射测试图谱表现为在38°，44°，64°和77°处的纳米银特征衍射峰，透射电镜测试也观察看到纤维断面有均匀纳米银分散。
实施例六
（1）将常规再生柞蚕丝素蛋白膜溶解于含溴化锂质量分数1%的甲酸中，甲酸质量分数88%，柞蚕丝素蛋白质量分数8%；
（2）然后向甲酸溶液中加入氯化银，氯化银质量分数0.008%，避光磁力搅拌6h溶解，温度37℃；
（3）将步骤（2）获得的溶液注入聚乙烯皿中，自然干燥成膜；
（4）对步骤（3）得到的膜置于质量分数50%的乙醇溶液中浸泡30min，然后去离子水充分洗涤后，自然晾干，即得到纳米银抗菌再生柞蚕丝素蛋白膜；进行x-射线衍射测试，发现纳米银大量存在于蚕丝内部，x-射线衍射测试图谱表现为在38°，44°，64°和77°处的纳米银特征衍射峰，透射电镜测试也观察看到纤维断面有均匀纳米银分散。
实施例七
（1）将脱胶天蚕丝直接溶解于含硫氰酸锂5%的甲酸中，甲酸质量分数90%，丝素蛋白质量分数15%；
（2）然后向甲酸溶液中加入硝酸银，硝酸银质量分数0.015%，避光磁力搅拌10h溶解，温度24℃；
（3）将步骤（2）获得的溶液进行湿法纺丝，以甲醇为凝固浴，卷绕得到再生丝素蛋白长丝纤维；
（4）对步骤（3）得到的长丝纤维进行湿态拉伸，拉伸倍数为1.5倍，真空干燥后得到力学性能优异的纳米银抗菌再生天蚕丝素蛋白长丝纤维；进行x-射线衍射测试，发现纳米银大量存在于蚕丝内部，x-射线衍射测试图谱表现为在38°，44°，64°和77°处的纳米银特征衍射峰，透射电镜测试也观察看到纤维断面有均匀纳米银分散，纤维断裂强度420mpa，断裂伸长率26%。
实施例八
（1）将脱胶天蚕丝直接溶解于含氯化钙5%的甲酸水溶液中，甲酸质量分数90%，丝素蛋白质量分数15%；
（2）然后向甲酸溶液中加入硝酸银，硝酸银质量分数0.008%，避光磁力搅拌15h溶解，温度20℃；
（3）将步骤（2）获得的溶液进行湿法纺丝，以甲醇为凝固浴，卷绕得到再生丝素蛋白长丝纤维；
（4）对步骤（3）得到的长丝纤维进行湿态拉伸，拉伸倍数为1.5倍，真空干燥后得到力学性能优异的纳米银抗菌再生天蚕丝素蛋白长丝纤维；进行x-射线衍射测试，发现纳米银大量存在于蚕丝内部，x-射线衍射测试图谱表现为在38°，44°，64°和77°处的纳米银特征衍射峰，透射电镜测试也观察看到纤维断面有均匀纳米银分散，断裂强度360mpa，断裂伸长率18%。
抑菌测试：
采用gb/t20944.3-2008纺织品抗菌性能的评价标准对制得纳米银抗菌再生丝素蛋白材料进行抑菌实验，结果如下表1：
表1纳米银抗菌再生丝素蛋白材料的抗菌性能
结果表明，本发明抗菌处理后的脱胶与未脱胶桑蚕丝均表现出优异的抗菌性能，经过50次标准洗涤后，抗菌蚕丝仍保留85%以上的抗菌效果，说明抗菌牢度高。