一种温敏抗菌缓释纳米纤维过滤膜的制备方法

本发明属于纳米纤维材料领域，具体为一种温敏抗菌缓释纳米纤维过滤膜的制备方法。

背景技术：

1、佩戴口罩是目前防止空气中污染物、细菌、病毒通过呼吸进入人体的最简单且有效的方法之一。目前口罩材料仍使用熔喷无纺布为主，其过滤效率与过滤通量难以兼得。由于口罩一般使用不可降解材料，长时间佩戴后很容易滋生细菌，造成后续处理压力。因此制备具有高效低阻，强吸湿性、持久稳定抗菌性，并能实时显示抗菌剂释放滋生情况的过滤型材料是发展方向，静电纺丝法制备的纳米纤维具有较大的表面积面积，整体工艺简单，易于多功能化等优异的特性，可以满足各个领域的不同要求，因此，使用静电纺丝法制备纳米纤维在空气过滤材料中有较好的的应用价值。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明涉及一种高效低阻过滤性能，持久稳定抗菌，实时显示细菌滋生情况的温敏抗菌缓释纳米纤维过滤膜的制备方法，纳米纤维拥有核壳结构，使用姜黄素(cur)作为抗菌剂，β-环糊精(β-cd)作为抗菌剂载体，制备包合物，聚乙烯醇(pva)作为纳米纤维的芯层材料，聚(n-异丙基丙烯酰胺)(pnipam)作为壳层材料，采用同轴静电纺丝法制备纳米纤维过滤膜。通过调节cur与β-cd的包合比、pnipam聚合参数，静电纺丝工艺参数，得到拥有较好温敏缓释抗菌性能，且能够通过荧光强度变化指示抗菌剂释放程度的纳米纤维过滤膜。拥有温敏核壳结构的纳米纤维能够实现抗菌剂的缓释作用，有效延长抗菌作用时间，从而延长滤膜的有效使用时间，而cur与β-cd的包合物拥有荧光发光性能，在使用过程中随着包合物的释放，过滤膜的荧光强度随之改变，从而表现出抑菌剂的释放警示，而且pnipam还拥有吸湿性能，可提高口罩的佩戴舒适度，减少口罩的消耗量和更换频次。

3、(二)技术方案

4、为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

5、1.β-环糊精-姜黄素包合物的制备：称取适量的β-cd加入去离子水中，适量的姜黄素加入到无水乙醇中，超声处理上述两种溶液30min，待均匀分散后，将两种溶液混合，搅拌3h，促使形成β-环糊精-姜黄素包合物，随后使用高速离心机在10,000r/min下将包合物离心分离，然后将包合物冷冻干燥获得固体粉末；

6、2.pva溶液的制备：将一定量的上述1制备的包合物分散在去离子水当中，随后添加一定量pva，预搅拌一段时间后，加热升温并维持搅拌一定时间，得到含有β-环糊精-姜黄素包合物的pva溶液；

7、3.n-异丙基丙烯酰胺(nipam)的提纯：取适量的nipam溶于甲苯后，添加正己烷，冷却至室温结晶，布氏漏斗过滤得到重结晶的nipam，置于4℃冰箱内保存备用；

8、4.pnipam聚合物的制备：称取上述3重结晶的nipam与一定量的nnn'n’-四甲基乙二胺(temed)放入含有一定量去离子水的锥形瓶中，加入过硫酸钾(kps)作为引发剂，通氮气除去锥形瓶中的空气，密封静置后，在磁力搅拌下加热，得到白色胶团状产物，使用去离子水淋洗抽滤后，置于真空烘箱中烘干，得到pnipam聚合物；

9、5.pnipam溶液的制备：称量上述4制备的pnipam聚合物添加到n，n-二甲基甲酰胺中常温搅拌溶解，静置备用；

10、6.纳米纤维的制备：使用两个10ml的针管分别取5ml上述2制备的pva溶液与上述5pnipam溶液，采用同轴静电纺丝技术制备拥有核壳结构的纳米纤维过滤膜；

11、所述制备方法简单，通过调节β-环糊精与姜黄素的包合比、pnipam聚合工艺，以及壳核结构推注速度，可制备出核壳结构明显、姜黄素温敏性释放性能良好、能够通过荧光指示姜黄素释放程度的纳米纤维膜。

12、(三)有益效果

13、1.pnipam不仅拥有较好的温敏性能，而且与水的亲和力较好，能够降低过滤层阻力，从而协调过滤膜的过滤效率、通气效果、吸湿性、以及抗菌性能。

14、2.通过pnipam的温敏性实现抗菌剂的缓释，延长过滤膜的使用时间，减少过滤膜的更换频次。

15、3.抗菌剂的释放程度通过荧光强度进行警示，从而确保使用者可根据过滤膜的实际药物释放程度自由掌控佩戴时间与更换频次。

16、(四)具体反应过程

17、本发明所述的一种温敏抗菌缓释核壳结构纳米纤维过滤膜的制备方法具体包括以下步骤：

18、1.β-环糊精-姜黄素包合物的制备：称取0.01-0.3g β-环糊精加入去16ml离子水中，0.01-0.2g的姜黄素于1ml乙醇中(控制β-环糊精∶姜黄素＝1∶1mol/mol)，超声10-50min后，确保两种溶液都均匀分散，随后将两种溶液共混，磁力搅拌3-30h，促使形成β-环糊精-姜黄素包合物，随后使用高速离心机在10,000r/min下将包合物离心分离，然后将包合物冷冻干燥获得固体粉末；

19、2.pva溶液的制备：将0.01-0.5g上述1制备的包合物分散在10ml去离子水当中，随后添加0.5-2g pva，预搅拌0.5-2h后，加热升温60℃搅拌0.5-3h，得到含有β-环糊精-姜黄素包合物的pva溶液；

20、3.n-异丙基丙烯酰胺(nipam)的提纯：取2-8g的nipam溶于18ml甲苯后，添加正己烷(每1min添加1ml，共3ml)，冷却至室温结晶0.5-1h，布氏漏斗过滤得到重结晶的nipam，置于4℃冰箱内保存备用；

21、4.pnipam聚合物的制备：称取2-8g上述3重结晶的nipam与0.05-1.5g的nnn’n’-四甲基乙二胺(temed)放入100ml去离子水的锥形瓶中，加入0.05-0.5g过硫酸钾(kps)作为引发剂，通氮气10-50min除去锥形瓶中的空气，密封静置24h后，磁力搅拌70℃反应0.5-3h，得到白色胶团状产物，使用30-70℃去离子水淋洗抽滤后，将其置于30-70℃烘箱，真空干燥20-30h，得到pnipam聚合物；

22、5.pnipam溶液的制备：称量0.8-1.2g上述制备pnipam聚合物添加到10ml的n，n-二甲基甲酰胺中常温搅拌7-15h，静置备用；

23、6.纳米纤维的制备：使用两个10ml的针管分别取5ml上述2制备的pva溶液与上述5pnipam溶液，采用同轴静电纺丝技术制备拥有核壳结构的纳米纤维过滤膜，滚筒转速为100-300r/min，电压为13-18kv，接收距离为13-17cm，推注速度芯层为0.1-0.5ml/h，壳层为0.3-0.8ml/h。纺丝温度为室温，相对湿度为35％；

24、所述制备方法简单，通过调节β-环糊精与姜黄素的包合比、pnipam聚合工艺，以及壳核结构推注速度，可制备出核壳结构明显、姜黄素温敏性释放性能良好、能够通过荧光指示姜黄素释放程度的纳米纤维膜。

技术特征：

1.一种温敏抗菌缓释纳米纤维过滤膜的制备方法其特征主要包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种温敏抗菌缓释纳米纤维过滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中环糊精为α、β、γ三种环糊精中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种温敏抗菌缓释纳米纤维过滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中抗菌剂与荧光剂为环糊精-姜黄素包合物。

4.根据权利要求1所述的一种温敏抗菌缓释纳米纤维过滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤6)中同轴静电纺丝制备纳米纤维为核壳结构，且芯层为聚乙烯醇(pva)，壳层为聚n-异丙基丙烯酰胺(pnipam)。

技术总结
本发明提供一种温敏抗菌缓释纳米纤维过滤膜的制备方法。所述的这种温敏抗菌缓释纳米纤维过滤膜，其特征在于掺杂环糊精与姜黄素包合物作为抗菌剂与荧光指示剂，作为核壳纳米纤维的芯层，聚N‑异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)为壳层，使用同轴静电纺丝法制备纳米纤维；当外界温度高于PNIPAM临界溶解温度(LCST）时，PNIPAM聚合物链中异丙基之间的分子内和分子间疏水作用可以实现PNIPAM的热诱导物理交联，纤维壳层收缩，使芯层抗菌物质输出。其特点在不仅能过滤污染颗粒PM<subgt;2.5</subgt;，同样具有温控抗菌，降低药物流失率，有效增加过滤材料的使用寿命。此外，CUR的荧光暴漏与抗菌能力呈现负线性关系，由此观察其荧光变化检测滤材的抗菌性能，达到抗菌可视化，实时警示。

技术研发人员：代昭,陶雪姣,李楠
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15