一种可降解抑菌薄膜的制备方法及应用

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1.本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种可降解抑菌薄膜的制备方法及应用。


背景技术：

2.羧甲基壳聚糖(cmcs)是一种新型的两性生物聚合物，由于其无毒、抗菌、易成膜、可生物降解和生物相容性等特性，被广泛应用于药物封装、食品、组织工程、化妆品、抗氧化和抗菌等领域。
3.然而，单独的cmcs很难满足抑菌性的要求。因此，需引入矿物质纳米颗粒或金属氧化物与金属纳米颗粒等来提高其抑菌性。另外，银及氧化银也具有独特的物理化学性能，是一种潜力的材料，常用来与cmcs复合提高其抑菌性。
4.目前，有一些研究报道了cmcs-ag和cmcs-ago-ag抑菌材料的合成，应用于污水处理、包装材料及药物传输系统等领域。采用的方法有微波还原法、化学还原法等，过程复杂，且有化学物质污染。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种可降解抑菌薄膜的制备方法及应用，用紫外照射还原法制备了含有银纳米颗粒的明胶溶液，然后采用离子交联法，氧化石墨烯分散溶液加入羧甲基壳聚糖溶液中，再加入三磷酸，制备羧甲基壳聚糖氧化石墨烯复合溶液，最后将含有银纳米颗粒的明胶溶液加入到羧甲基壳聚糖氧化石墨烯复合溶液中，充分反应，然后涂在四氟乙烯板，干燥成膜，得到具有较好的溶胀性、热稳定性、生物相容性、可降解性及抑菌性的薄膜材料，可应用于包装材料或药物缓释材料领域。
6.本发明是通过以下技术方案予以实现的：
7.一种可降解抑菌薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：
8.1)将明胶溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，得到明胶溶液；
9.2)将agno3溶液逐滴加入到明胶溶液中，持续搅拌至混合均匀，放到紫外照射仪中进行紫外还原得到含纳米银颗粒的明胶溶液；
10.3)将羧甲基壳聚糖溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，得到羧甲基壳聚糖溶液；
11.4)将氧化石墨烯加入去离子水中，超声得到分散的氧化石墨烯溶液；
12.5)羧甲基壳聚糖溶液和氧化石墨烯溶液中加入三磷酸溶液，搅拌得到羧甲基壳聚糖氧化石墨烯复合溶液；羧甲基壳聚糖溶液、氧化石墨烯溶液和三磷酸溶液的体积比为10-50：50-90：1；
13.6)将含纳米银颗粒的明胶溶液缓慢加入羧甲基壳聚糖氧化石墨烯复合溶液中，30-60℃搅拌至混合均匀得到混合溶液；含纳米银颗粒的明胶溶液与羧甲基壳聚糖氧化石墨烯复合溶液的体积比为1:5-1:1；
14.7)将步骤6)得到的混合溶液浇涂在四氟乙烯板上，30-50℃干燥24h，得到可降解
抑菌薄膜。
15.优选地，步骤2)还原时间为1-12小时。
16.优选地，明胶溶液的质量浓度为0.5-5wt％，更优选为0.5-3wt％；agno3的质量为明胶质量的0.1-1％，更优选为0.1-0.5％；羧甲基壳聚糖溶液中羧甲基壳聚糖的质量浓度为0.5-5wt％，更优选为0.5-3wt％；氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的质量浓度为0.5-3mg/ml，更优选为0.5-1.5mg/ml，最优选为1mg/ml；三磷酸溶液中三磷酸的浓度为0.5-3mg/ml，更优选为0.5-1.5mg/ml，最优选为1mg/ml。
17.优选地，羧甲基壳聚糖溶液、氧化石墨烯溶液和三磷酸溶液的体积比为50：50：1。
18.本发明还保护上述制备方法得到的可降解抑菌薄膜的应用，作为抑菌包装包装材料或缓释载药材料，应用于食品或医药领域。
19.本发明的有益效果如下：
20.1)采用离子交联法，先将氧化石墨烯分散溶液按比例加入羧甲基壳聚糖溶液中，混合均匀，再加入三磷酸，无需使用4,4
′‑
二甲基三苯基甲烷-2,2
′
,5,5
′‑
四异氰酸酯交联剂、安全且无污染有机溶剂。
21.2)本发明采用的方法绿色、简单，制备的可降解薄膜材料，具有较好溶胀性、热稳定性及抑菌性，可用于包装材料或缓释载体材料，具有重要意义。
附图说明：
22.图1是实施例1中得到的可降解抑菌薄膜ago/ag/cmcs-go-1h透射电镜图片及粒径分布图。
23.图2是实施例2中得到的可降解抑菌薄膜ago/ag/cmcs-go-6h透射电镜图片及粒径分布图。
24.图3是实施例3中得到的可降解抑菌薄膜ago/ag/cmcs-go-12h透射电镜图片及粒径分布图。
25.图4是实施例4中得到的可降解抑菌薄膜ago/ag/cmcs-go-24h透射电镜图片及粒径分布图。
26.图5是实施例1-4和对比例1中得到的可降解抑菌薄膜材料的热稳定性图。
27.图6是实施例1-4中得到的可降解抑菌薄膜材料的溶胀性图。
具体实施方式：
28.以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
29.实施例1：一种可降解抑菌薄膜的制备方法
30.包括以下步骤：
31.1)将明胶溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，得到质量浓度为0.5wt％的明胶溶液；
32.2)将质量为0.1％明胶质量的agno3配制溶液，逐滴加入到明胶溶液中，持续搅拌至混合均匀，放到紫外照射仪中进行紫外还原1h得到含纳米银颗粒的明胶溶液；
33.3)将羧甲基壳聚糖溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，得到质量浓度为0.5wt％的羧甲基壳聚糖溶液；
34.4)将氧化石墨烯加入去离子水中，超声30min，得到分散的氧化石墨烯溶液,质量浓度为0.5mg/ml；
35.5)羧甲基壳聚糖溶液和氧化石墨烯溶液中加入三磷酸溶液，搅拌得到羧甲基壳聚糖氧化石墨烯复合溶液；羧甲基壳聚糖溶液、氧化石墨烯溶液和三磷酸溶液的体积比为50：50：1；
36.6)将含纳米银颗粒的明胶溶液缓慢加入羧甲基壳聚糖氧化石墨烯复合溶液中，40℃搅拌至混合均匀得到混合溶液，含纳米银颗粒的明胶溶液与羧甲基壳聚糖氧化石墨烯复合溶液的体积比为1:1；
37.7)将步骤6)得到的混合溶液浇涂在四氟乙烯板上，35℃干燥24h，得到可降解抑菌薄膜。
38.对比例1：
39.参考实施例1，不同之处在于没有添加氧化石墨烯溶液。
40.包括以下步骤：
41.1)将明胶溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，得到质量浓度为0.5wt％的明胶溶液；
42.2)将质量为0.1％明胶质量的agno3配制溶液，逐滴加入到明胶溶液中，持续搅拌至混合均匀，放到紫外照射仪中进行紫外还原1h得到含纳米银颗粒的明胶溶液；
43.3)将羧甲基壳聚糖溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，得到质量浓度为0.5wt％的羧甲基壳聚糖溶液；
44.4)将含纳米银颗粒的明胶溶液缓慢加入羧甲基壳聚糖溶液中，40℃搅拌至混合均匀得到混合溶液，含纳米银颗粒的明胶溶液与羧甲基壳聚糖溶液的体积比为1:1；
45.5)将步骤4)得到的混合溶液浇涂在四氟乙烯板上，35℃干燥24h，得到可降解抑菌薄膜。
46.实施例2：一种可降解抑菌薄膜的制备方法
47.包括以下步骤：
48.1)将明胶溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，得到质量浓度为2wt％的明胶溶液；
49.2)将质量为0.2％明胶质量的agno3配制溶液，逐滴加入到明胶溶液中，持续搅拌至混合均匀，放到紫外照射仪中进行紫外还原6h得到含纳米银颗粒的明胶溶液；
50.3)将羧甲基壳聚糖溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，得到质量浓度为2wt％的羧甲基壳聚糖溶液；
51.4)将氧化石墨烯加入去离子水中，超声30min，得到分散的氧化石墨烯溶液，质量浓度为1mg/ml；
52.5)羧甲基壳聚糖溶液和氧化石墨烯溶液中加入三磷酸溶液，搅拌得到羧甲基壳聚糖氧化石墨烯复合溶液；羧甲基壳聚糖溶液、氧化石墨烯溶液和三磷酸溶液的体积比为50：50：1；
53.6)将含纳米银颗粒的明胶溶液缓慢加入羧甲基壳聚糖氧化石墨烯复合溶液中，40℃搅拌至混合均匀得到混合溶液，含纳米银颗粒的明胶溶液与羧甲基壳聚糖氧化石墨烯复合溶液的体积比为1:1；
54.7)将步骤6)得到的混合溶液浇涂在四氟乙烯板上，35℃干燥24h，得到可降解抑菌
薄膜。
55.实施例3：一种可降解抑菌薄膜的制备方法
56.包括以下步骤：
57.1)将明胶溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，得到质量浓度为2wt％的明胶溶液；
58.2)将质量为0.2％明胶质量的agno3配制溶液，逐滴加入到明胶溶液中，持续搅拌至混合均匀，放到紫外照射仪中进行紫外还原12h得到含纳米银颗粒的明胶溶液；
59.3)将羧甲基壳聚糖溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，得到质量浓度为2wt％的羧甲基壳聚糖溶液；
60.4)将氧化石墨烯加入去离子水中，超声30min，得到分散的氧化石墨烯溶液，质量浓度为1mg/ml；
61.5)羧甲基壳聚糖溶液和氧化石墨烯溶液中加入三磷酸溶液，搅拌得到羧甲基壳聚糖氧化石墨烯复合溶液；羧甲基壳聚糖溶液、氧化石墨烯溶液和三磷酸溶液的体积比为50：50：1；
62.6)将含纳米银颗粒的明胶溶液缓慢加入羧甲基壳聚糖氧化石墨烯复合溶液中，40℃搅拌至混合均匀得到混合溶液，含纳米银颗粒的明胶溶液与羧甲基壳聚糖氧化石墨烯复合溶液的体积比为1:1；
63.7)将步骤6)得到的混合溶液浇涂在四氟乙烯板上，35℃干燥24h，得到可降解抑菌薄膜。
64.实施例4：一种可降解抑菌薄膜的制备方法
65.包括以下步骤：
66.1)将明胶溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，得到质量浓度为5wt％的明胶溶液；
67.2)将质量为1％明胶质量的agno3配制溶液，逐滴加入到明胶溶液中，持续搅拌至混合均匀，放到紫外照射仪中进行紫外还原24h得到含纳米银颗粒的明胶溶液；
68.3)将羧甲基壳聚糖溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，得到质量浓度为5wt％的羧甲基壳聚糖溶液；
69.4)将氧化石墨烯加入去离子水中，超声30min，得到分散的氧化石墨烯溶液，质量浓度为1mg/ml；
70.5)羧甲基壳聚糖溶液和氧化石墨烯溶液中加入三磷酸溶液，搅拌得到羧甲基壳聚糖氧化石墨烯复合溶液；羧甲基壳聚糖溶液、氧化石墨烯溶液和三磷酸溶液的体积比为50：50：1；
71.6)将含纳米银颗粒的明胶溶液缓慢加入羧甲基壳聚糖氧化石墨烯复合溶液中，40℃搅拌至混合均匀得到混合溶液，含纳米银颗粒的明胶溶液与羧甲基壳聚糖氧化石墨烯复合溶液的体积比为1:1；
72.7)将步骤6)得到的混合溶液浇涂在四氟乙烯板上，35℃干燥24h，得到可降解抑菌薄膜。
73.实施例5：性能测试
74.对实施例1-4制备的可降解抑菌薄膜材料进行了以下性能测试。
75.1、透射电镜测试
76.通过透射电镜来检测可降解抑菌薄膜材料中纳米银颗粒大小及尺寸分布。测试结
果如图1-4所示。
77.2、热性能测试
78.使用热重分析法来测试。实施例1-4和对比例1制得的可降解抑菌薄膜材料的热性能结果如图5所示。
79.3、溶胀性测试
80.将水凝胶材料放入离心管中，分别加入去离子水和ph＝7.4pbs溶液，浸入37℃的振动水浴中24小时。24小时后，取出样品，用滤纸擦拭表面水分后，对样品进行称重。根据公式计算样品的吸水性和溶胀性，结果如图6。
81.溶胀率＝(w
t-w0)/w0×
100％
82.w
t
样品在t时间内重量，w0样品的初始重量。
83.4、体外抑菌性测试
84.采用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为模拟菌，分别取0.1ml稀释到107cfu/ml的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌菌悬液分别加入到无菌琼脂培养基，使其充分混匀，将直径10mm的抑菌薄膜圆片平铺于培养基表面，检测薄膜的抑菌效果，37c下培养24h，观察记录薄膜抑菌圈直径。抑菌圈半径数据结果如表1。
85.表1
[0086][0087]
由以上结果可知：
[0088]
实施例1得到的ago/ag/cmcs-go-1h材料平均粒径9.43nm，大部分分布在8-10nm。具有较好的热稳定性和溶胀性。体外抑菌圈的直径为大肠杆菌4.1mm，金黄色葡萄球菌4.5mm。
[0089]
实施例2得到的ago/ag/cmcs-go-6h材料平均粒径5.34nm，大部分分布在4-6nm。
[0090]
具有较好的热稳定性和溶胀性。体外抑菌圈的直径为大肠杆菌5.3mm，金黄色葡萄球菌5.5mm。
[0091]
实施例3得到的ago/ag/cmcs-go-12h材料具有最小的平均粒径4.72nm，大部分分布在4-5nm。具有最好的热稳定性和溶胀性。体外抑菌性最好，体外抑菌圈的直径为大肠杆菌5.8mm，金黄色葡萄球菌6.3mm。
[0092]
实施例4得到的ago/ag/cmcs-go-12h材料平均粒径7.01nm，大部分分布在4-6nm。具有最好的热稳定性和溶胀性。体外抑菌圈的直径为大肠杆菌5.6mm，金黄色葡萄球菌5.8mm，紫外还原时间长，导致ag纳米颗粒团聚，颗粒较大，反而降低了材料的抑菌性。
[0093]
实施例1和对比例1对比可知：氧化石墨烯的加入增加了抑菌性，但热稳定下降，参见表1和图5。
[0094]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存
在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0095]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。