一种细菌纤维素膜的改性方法与流程

本发明涉及一种细菌纤维素膜的改性方法，属于生物材料技术领域。

背景技术：

细菌纤维素(bc)是由某些细菌合成的一种多聚糖，具有良好的生物相容性、可降解性和保水性等独特性能，在生物医学、组织工程以及食品等诸多领域得到了广泛的应用。

近年来，细菌纤维素被广泛应用于护肤品中。但由于细菌纤维素表面的羟基较多，与一些疏水性小分子包合受到限制，极大地阻碍了疏水性小分子通过细菌纤维素进入皮肤。对细菌纤维素进行化学或物理改性，优化其释放是很有必要的。文献1(oshimat,etal.preparationofphosphorylatedbacterialcelluloseasanadsorbentformetalions[j].reactive&functionalpolymers,2008,68(1):376-383.)研究了磷酸化的bc对过渡金属离子和稀土离子的吸附效果，在相同条件下，磷酸化的bc有更好的吸附效果，但是磷酸化的bc仅稍微增加了bc对亲水基团的吸附能力，不具有吸附亲油基团的能力。文献2(王蕾,等.原位添加静态发酵制备透明质酸-细菌纤维素生物面膜[j].材料导报,2015(12):43-47.)报道了原位添加透明质酸改性bc的研究，添加透明质酸后，bc膜具有良好的保湿性和营养性，但是也由于其良好的保湿性，导致其对营养物质的缓释效果不尽如人意。

技术实现要素：

针对现有的亲水性的细菌纤维素膜与脂溶性小分子结合性差的不足，本发明提供了一种细菌纤维素膜的改性方法，该方法将细菌纤维素膜经环氧氯丙烷(epi)取代，再接枝β-环糊精(β-cd)，得到能同时包含亲水性小分子和包含疏水性分子的双亲性细菌纤维素膜。该方法改性得到的细菌纤维素膜扩大了负载物质的选择性，对皮肤的伤害降到最低，具有良好的功能性控释。

本发明的技术方案如下：

一种细菌纤维素膜的改性方法，通过细菌纤维素膜经环氧氯丙烷取代，并打开环氧基团，在活性基团羟基上接枝β-环糊精，具体步骤如下：

步骤1，将细菌纤维素膜置于naoh溶液中，碱化1-2天；

步骤2，配制浓度为8～12wt.％的naoh溶液，将β-环糊精溶于naoh溶液中，配制10～14wt.％的β-环糊精溶液，将步骤1得到的细菌纤维素膜置于β-环糊精溶液中，按环氧氯丙烷与β-环糊精的摩尔比为1:3～12，加入环氧氯丙烷，在50-90℃下反应，反应结束后，洗涤，冷冻干燥，得到双亲性的细菌纤维素膜。

优选地，步骤1中，所述的naoh溶液的浓度为8wt.％。

优选地，步骤2中，所述的反应时间为5～10h。

本发明针对亲水性的细菌纤维素膜与脂溶性小分子结合性差的不足，在细菌纤维素上接枝β-环糊精，通过引入外缘亲水内腔疏水的β-环糊精，使得细菌纤维素膜同时具有亲水-疏水性。包合茶树油和维生素e小分子的改性细菌纤维素膜的透皮释放率显著提高，在护肤品领域具有巨大的应用前景。

说明书附图

图1是细菌纤维素膜(a)和实施例1中所制得的接枝β-环糊精的细菌纤维素膜(b)的红外光谱图。

图2是细菌纤维素(a)和实施例1中所制得的接枝β-环糊精的细菌纤维素膜(b)的sem图。

图3是细菌纤维素(a)，β-环糊精(b)和实施例1中的细菌纤维素接枝β-环糊精(c)的xrd图。

图4是细菌纤维素和实施例1中所制得的接枝β-环糊精的细菌纤维素膜在37℃下分别释放茶树油(a)和释放维生素e(b)的自然释放率结果图。

图5是细菌纤维素和实施例1中所制得的接枝β-环糊精的细菌纤维素膜在37℃下分别释放茶树油(a)和释放维生素e(b)的透皮释放率结果图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详述。

实施例1

接枝β-环糊精的细菌纤维素膜的制备：

将bc膜放入8wt％naoh溶液中碱化1天。将7.2gnaoh溶于60mlh2o中，再加入8.4gβ-cd搅拌，溶解后放入碱化后的bc膜。静置30min后，加入4.54ml环氧氯丙烷，封口扎紧后放于水浴锅中，在90℃下反应10h。反应完成后取出细菌纤维素膜，洗涤干净，在-20℃下冻干。30min后，-50℃下冷冻干燥8h，得到双亲性的细菌纤维素膜。

图1是细菌纤维素膜(a)和实施例1中所制得的接枝β-环糊精的细菌纤维素膜(b)的红外光谱图。由图(a)可以看出bc在3344cm^-1存在吸收峰，这是由于-oh的伸缩振动。峰型宽而强说明bc存在大量-oh，且-oh高度缔合。2926cm^-1来自于c-h伸缩振动，1423cm^-1是由于ch2的对称弯曲振动。bc在1584cm^-1和893cm^-1的吸收峰则分别是由纤维素4’端的半缩醛和β-d糖苷键产生的。由(b)与(a)对比可以看出，由于β-环糊精与纤维素都是吡喃葡萄糖构成的，细菌纤维素接枝环糊精后仍然保留了细菌纤维素基本的峰型与结构。但接枝后，高频的峰型明显变钝，这是由于不同状态c-o和c-h的吸收峰互相叠加造成的。b中1423cm^-1处的ch2对称弯曲振动吸收峰和860cm^-1处的β-d糖苷键吸收峰明显增强，这说明引入了更多的吡喃葡萄糖结构，说明环糊精已成功接枝到细菌纤维素膜上。

图2是细菌纤维素(a)和实施例1中所制得的接枝β-环糊精的细菌纤维素膜(b)的sem图。由细菌纤维素及接枝后细菌纤维素sem图可以看出：纯细菌纤维素膜具有均匀的三维网状结构，纤维互相缠绕，有大量孔隙结构存在，从而具备很大的比表面积，使得其能吸收自身干重上百倍的水分。而接枝环糊精后，细菌纤维素膜的表面则有明显的颗粒状突起，并且排布均匀，这说明环糊精分子已经牢固固载到细菌纤维素膜表面。

图3是细菌纤维素(a)，β-环糊精(b)和实施例1中的细菌纤维素接枝β-环糊精(c)的xrd图。图3中可以看出纯细菌纤维素膜的特征衍射峰有14.6°、22.8°，其中14.6°处的无定形峰是(101)和(10ī)晶面的衍射峰叠合而成，这一叠合可能是由于在固定容器中培养与干燥细菌纤维素破坏了(101)和(10ī)晶面上的结晶性，而22.8°处的衍射峰对应(002)晶面，由此可以推断细菌纤维素是纤维素i型。β-cd的特征衍射峰为2θ＝12.5°，且存在多处锐衍射峰，表明β-cd是结晶性物质。当细菌纤维素接枝环糊精后，与纯细菌纤维素膜的峰型相似，表明接枝环糊精并不会改变细菌纤维素的晶体结构。但与纯细菌纤维素膜的相比，其特征峰强度明显削弱，表明环糊精已经成功接枝在细菌纤维素表面，改变了其表面聚集形态，结晶度下降。

实施例2～9的反应条件见表1。

实施例10

维生素e和茶树油从实施例1中所制得的接枝β-环糊精的细菌纤维素膜的自然释放率试验：

将维生素e和茶树油的接枝β-环糊精的细菌纤维素膜的包合材料放置于37℃的恒温恒湿箱中，每隔1、2、4、6、8、10、12、24、27h取样，分别测其ve和茶树油浓度。

图4是细菌纤维素和实施例1中所制得的接枝β-环糊精的细菌纤维素膜在37℃下分别释放茶树油(a)和释放维生素e(b)的自然释放率。

由图4研究其自然释放率与时间的关系可知，在相同包合条件下，茶树油和ve在接枝后其释放率远远大于接枝前；ve相比茶树油在接枝前后变化更大。茶树油在释放时间为15h释放增长率开始下降，27h后，茶树油在累计约为48.02％，相比接枝前，接枝前释放率是33.71％，ve在接枝后释放率达到35.82％，相比之下，接枝前释放率是9.86％。综上可知，接枝后材料的释放率远远大于未接枝材料的释放率。

实施例11

维生素e和茶树油从实施例1中所制得的接枝β-环糊精的细菌纤维素膜的透皮释放的透皮释放率试验：

取猪皮置于接收池与供给池中间(有效透皮面积s＝2.49cm²)，表皮层朝供给室方向，用镊子固定后，将吸附乳液的实施例1中所制得的接枝β-环糊精的细菌纤维素膜紧贴于皮肤表皮层。透皮条件：水浴温度37℃，接收池转速250r/min，供给室处于开放状态。分别对每片膜设定一定的透皮时间(如10，20，25，30，35，40，45，50，55，60min)，每样品仅测一个时间，透皮完毕后取下。对皮肤处理如下：利用去离子水除去皮肤表面的ve和茶树油，将皮肤剪碎浸于去离子水中，超声提取真皮及表皮的ve和茶树油，用高效液相色谱和紫外分光光度计分析输送到皮肤的ve和茶树油含量。

图5是细菌纤维素和实施例1中所制得的接枝β-环糊精的细菌纤维素膜在37℃下分别释放茶树油(a)和释放维生素e(b)的透皮释放率。

由图5的透皮释放率与时间的关系图可知，接枝前后的茶树油在透皮释放30min之前几乎没有变化，而30min后接枝后的茶树油释放率大大增大。60min后接枝后茶树油释放率约为52.6％，相比之下，接枝前释放率是38.62％；接枝后ve释放率达到23.12％，相比之下，接枝前释放率是3.2％。综上可知，接枝后材料的释放率远远大于未接枝材料的释放率。

表1

表1为未经改性的bc与不同接枝反应条件下得到的改性细菌纤维素膜的自然释放率和透皮释放率结果。从表中可以看出，本发明实施例制得的接枝后材料的自然释放率和透皮释放率均远远大于未接枝材料。