一种壳聚糖改性纳米纤维缓释抗菌膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及纺织材料加工技术领域，具体涉及一种壳聚糖改性纳米纤维缓释抗菌膜及其制备方法。
背景技术
壳聚糖是自然界中第二大含量多糖——甲壳素脱乙酰基产物，不溶于水和碱性溶液中，可溶于大多数稀酸中，存在于甲壳类、节肢类动物的壳体及菌类、藻类等低等植物的细胞壁中。壳聚糖资源丰富，具有良好的生物相容性、生物降解性、粘合性、抑菌性、保湿性、无毒无污染性等优点。壳聚糖与纤维素化学结构相似，它们有很好的吸附和相容性，壳聚糖的羟基、一部分胺基与纤维的羟基形成众多的分子间氢键，而壳聚糖的溶剂稀酸也可作为两者的交联剂，使得壳聚糖整理能起到抗菌的效果，是良好的天然抗菌整理剂。壳聚糖纳米纤维膜因其超细的直径和极大的孔隙率可以有效地过滤带病微粒等物质。但是，作为抗菌性的纳米纤维，如果仅仅将抗菌剂与高聚物简单的静电混纺，则不可避免会出现抗菌药物的突释现象。
因此，在不影响壳聚糖纳米纤维膜透气性和孔隙率的前提下必须赋予膜更强更持久的抗菌特性。而且壳聚糖、聚氧化乙烯具有一定的水溶性，形成材料后会溶胀崩解，也会造成释放后期的突释效应。另外，现有的抗菌纤维由于抗菌剂与纤维的结合牢度不佳，因此限制了其抗菌作用的持久性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种壳聚糖改性纳米纤维缓释抗菌膜及其制备方法，该壳聚糖改性纳米纤维膜载药量更高，释放更持久，抗菌效果更佳。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种壳聚糖改性纳米纤维缓释抗菌膜的制备方法，包括如下步骤：
S1.将大豆卵磷脂、胆固醇与松油烯-4-醇加入到氯仿中，充分搅拌使其完全溶解，室温下旋蒸除去氯仿，然后用注射器将其注入到5～8倍体积的含2～5g/L表面活性剂的水中，以10000～12000r/min速度均质，用浓度为10～20g/L的聚乙烯醇6000溶液透析浓缩至1/5～1/8体积，制得松油烯-4-醇脂质体；
S2.将相对分子量为20～50kDa，脱乙酰度为80～100％的壳聚糖粉末、苯磺酰氯、氢氧化钠、冠醚和DMAP加入二氯甲烷反应，得反应物，用氢氧化钠溶液洗涤所述反应物后离心收集沉淀，其中，所述壳聚糖粉末、苯磺酰氯、氢氧化钠、冠醚、DMAP和二氯甲烷的比例为1g:(1～2)g:(1～1.8)g:(0.1～0.3)g:(0.1～0.2)g:(50～75)ml；
S3.将步骤S2得到的沉淀、相对分子质量为105～107的聚氧化乙烯和所述松油烯-4-醇脂质体溶于90％v/v的乙酸溶液，充分搅拌，静电纺丝成壳聚糖改性纳米纤维缓释抗菌膜。
优选的，步骤S1中，所述大豆卵磷脂、胆固醇、松油烯-4-醇和氯仿的比例为：(0.5～0.8)g:(0.1～0.3)g:(0.2～0.5)ml:20ml。
优选的，步骤S1中，所述注入速度为3～7ml/min。
优选的，步骤S1中，所述表面活性剂为吐温80、吐温20和司盘80中的一种。
优选的，步骤S2中，所述冠醚为15-冠醚-5和18-冠醚-6中的一种。
优选的，步骤S2中，所述反应温度为40～60℃，反应时间为6～10h。
优选的，步骤S2中，所述氢氧化钠溶液浓度为5～10g/L。
优选的，步骤S3中，所述沉淀、聚氧化乙烯、松油烯-4-醇脂质体和乙酸溶液的比例为1g:(0.1～0.2)g:(0.2～0.5)ml:50ml。
优选的，步骤S3中，所述静电纺丝条件为：纺丝电压12～18kV，流速0.5～1ml/h，接收距离12～18cm。
本发明还提供了一种上述制备方法制备得到的壳聚糖改性纳米纤维缓释抗菌膜。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明利用伯胺和羟基的磺酰化将苯环接入壳聚糖链中，大大增加了壳聚糖的亲脂性，更有利于包埋松油烯-4-醇脂质体，大大增加松油烯-4-醇的含量，这样能够提高纳米纤维膜的抗菌性能，作用也更加持久。
2)加入合适的冠醚作为Na离子的螯合剂，有利于促进缚酸剂NaOH在二氯甲烷中的溶解，快速中和壳聚糖接枝后的副产物盐酸的生成，使反应完全，有利于提高苯磺酰氯壳聚糖接枝反应的反应效率。
3)壳聚糖氨基接枝苯磺酰基后会具有磺酰胺结构，而磺酰胺化合物是传统的抗菌药物，因此能进一步增强壳聚糖的抗菌活性。
附图说明
图1是实施例1所制得的壳聚糖改性纳米纤维缓释抗菌膜的扫描电镜图；
图2是本发明实施例和对比例方法制备的纳米纤维膜的抑菌时间曲线对比图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1
一种壳聚糖改性纳米纤维缓释抗菌膜的制备方法，包括如下步骤：
1、将0.7g大豆卵磷脂、0.2g胆固醇与0.4ml松油烯-4-醇加入到20ml氯仿中，充分搅拌使其完全溶解，室温下旋蒸除去氯仿，然后用注射器以5ml/min的速度将其注入到6倍体积的含3g/L吐温80的水中，再以11000r/min速度均质后，用15g/L聚乙烯醇6000溶液透析浓缩至1/6体积，制得松油烯-4-醇脂质体；
2、将1g相对分子量为30kDa，脱乙酰度为90％的壳聚糖粉末、1.5g苯磺酰氯、1.5g氢氧化钠、0.2g 15-冠醚-5和0.15g DMAP加入60ml二氯甲烷在50℃反应8h，再用浓度为8g/L的氢氧化钠溶液洗涤反应物后离心收集沉淀；
3、取1g步骤2得到的沉淀、0.15g相对分子质量为106的聚氧化乙烯和0.4ml松油烯-4-醇脂质体溶于50ml 90％v/v乙酸溶液，充分搅拌，在电压15kV，流速0.6ml/h，接收距离15cm的条件下静电纺丝成壳聚糖改性纳米纤维膜A，该壳聚糖改性纳米纤维膜即为壳聚糖改性纳米纤维缓释抗菌膜。采用扫描电镜观察该纳米纤维膜，结果如图1所示。
实施例2
一种壳聚糖改性纳米纤维缓释抗菌膜的制备方法，包括如下步骤：
1、将0.5g大豆卵磷脂、0.1g胆固醇与0.2ml松油烯-4-醇加入到20ml氯仿中，充分搅拌使其完全溶解，室温下旋蒸除去氯仿，然后用注射器以3ml/min的速度将其注入到5倍体积的含2g/L吐温20的水中，再以10000r/min速度均质后，用10g/L聚乙烯醇6000溶液透析浓缩至1/5体积，制得松油烯-4-醇脂质体；
2、将1g相对分子量为20kDa，脱乙酰度为80％的壳聚糖粉末、1g苯磺酰氯、1g氢氧化钠、0.1g 15-冠醚-5和0.1g DMAP加入50ml二氯甲烷在40℃反应6h，再用浓度为5g/L的氢氧化钠溶液洗涤反应物后离心收集沉淀；
3、取1g步骤2得到的沉淀、0.1g相对分子质量为105的聚氧化乙烯和0.2ml松油烯-4-醇脂质体溶于50ml 90％v/v乙酸溶液，充分搅拌，在电压12kV，流速0.5ml/h，接收距离12cm的条件下静电纺丝成壳聚糖改性纳米纤维膜B，该壳聚糖改性纳米纤维膜即为壳聚糖改性纳米纤维缓释抗菌膜。
实施例3
一种壳聚糖改性纳米纤维缓释抗菌膜的制备方法，包括如下步骤：
1、将0.8g大豆卵磷脂、0.3g胆固醇与0.5ml松油烯-4-醇加入到20ml氯仿中，充分搅拌使其完全溶解，室温下旋蒸除去氯仿，然后用注射器以7ml/min的速度将其注入到8倍体积的含5g/L司盘80的水中，再以12000r/min速度均质后，用20g/L聚乙烯醇6000溶液透析浓缩至1/8体积，制得松油烯-4-醇脂质体；
2、将1g相对分子量为50kDa，脱乙酰度为100％的壳聚糖粉末、2g苯磺酰氯、1.8g氢氧化钠、0.3g 18-冠醚-6和0.2g DMAP加入75ml二氯甲烷在60℃反应10h，再用浓度为10g/L的氢氧化钠溶液洗涤反应物后离心收集沉淀；
3、取1g步骤2得到的沉淀、0.2g相对分子质量为107的聚氧化乙烯和0.5ml松油烯-4-醇脂质体溶于50ml 90％v/v乙酸溶液，充分搅拌，在电压18kV，流速1ml/h，接收距离18cm的条件下静电纺丝成壳聚糖改性纳米纤维膜C，该壳聚糖改性纳米纤维膜即为壳聚糖改性纳米纤维缓释抗菌膜。
对比例1(苯磺酰氯改成氯乙酸)
一种壳聚糖改性纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：
1、将0.7g大豆卵磷脂、0.2g胆固醇与0.4ml松油烯-4-醇加入到20ml氯仿中，充分搅拌使其完全溶解，室温下旋蒸除去氯仿，然后用注射器以5ml/min的速度将其注入到6倍体积的含3g/L吐温80的水中，再以11000r/min速度均质后，用15g/L聚乙烯醇6000溶液透析浓缩至1/6体积，制得松油烯-4-醇脂质体；
2、将1g相对分子量为30kDa，脱乙酰度为90％的壳聚糖粉末、1.5g氯乙酸、1.5g氢氧化钠、0.2g 15-冠醚-5和0.15g DMAP加入60ml二氯甲烷在50℃反应8h，再用浓度为8g/L的氢氧化钠溶液洗涤反应物后离心收集沉淀；
3、取1g步骤2得到的沉淀、0.15g相对分子质量为106的聚氧化乙烯和0.4ml松油烯-4-醇脂质体溶于50ml 90％v/v乙酸溶液，充分搅拌，在电压15kV，流速0.6ml/h，接收距离15cm的条件下静电纺丝成壳聚糖改性纳米纤维膜D。
对比例2(冠醚改成12-冠醚-4)
一种壳聚糖改性纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：
1、将0.7g大豆卵磷脂、0.2g胆固醇与0.4ml松油烯-4-醇加入到20ml氯仿中，充分搅拌使其完全溶解，室温下旋蒸除去氯仿，然后用注射器以5ml/min的速度将其注入到6倍体积的含3g/L吐温80的水中，再以11000r/min速度均质后，用15g/L聚乙烯醇6000溶液透析浓缩至1/6体积，制得松油烯-4-醇脂质体；
2、将1g相对分子量为30kDa，脱乙酰度为90％的壳聚糖粉末、1.5g苯磺酰氯、1.5g氢氧化钠、0.2g 12-冠醚-4和0.15g DMAP加入60ml二氯甲烷在50℃反应8h，再用浓度为8g/L的氢氧化钠溶液洗涤反应物后离心收集沉淀；
3、取1g步骤2得到的沉淀、0.15g相对分子质量为106的聚氧化乙烯和0.4ml松油烯-4-醇脂质体溶于50ml 90％v/v乙酸溶液，充分搅拌，在电压15kV，流速0.6ml/h，接收距离15cm的条件下静电纺丝成壳聚糖改性纳米纤维膜E。
对比例3(去聚氧化乙烯)
一种壳聚糖改性纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：
1、将0.7g大豆卵磷脂、0.2g胆固醇与0.4ml松油烯-4-醇加入到20ml氯仿中，充分搅拌使其完全溶解，室温下旋蒸除去氯仿，然后用注射器以5ml/min的速度将其注入到6倍体积的含3g/L吐温80的水中，再以11000r/min速度均质后，用15g/L聚乙烯醇6000溶液透析浓缩至1/6体积，制得松油烯-4-醇脂质体；
2、将1g相对分子量为30kDa，脱乙酰度为90％的壳聚糖粉末、1.5g苯磺酰氯、1.5g氢氧化钠、0.2g 15-冠醚-5和0.15g DMAP加入60ml二氯甲烷在50℃反应8h，再用浓度为8g/L的氢氧化钠溶液洗涤反应物后离心收集沉淀；
3、取1g步骤2得到的沉淀和0.4ml松油烯-4-醇脂质体溶于50ml 90％v/v乙酸溶液，充分搅拌，在电压15kV，流速0.6ml/h，接收距离15cm的条件下静电纺丝成壳聚糖改性纳米纤维膜F。
测试例：抗菌测试
取1g上述实施例1-3和对比例1-3制备的纳米纤维膜放入透析袋中置于200ml PBS缓冲液，磁力搅拌进行释放。经过一段时间释放后取出材料，利用AATCC100-2004标准检验材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌效果，测试结果如图2所示，图2中左图为对金黄色葡萄球菌的抑菌时间曲线对比图，图2中右图为对大肠杆菌的抑菌时间曲线对比图。图2的左图和右图中，A为实施例1的抑菌时间曲线，B为实施例2的抑菌时间曲线，C为实施例3的抑菌时间曲线，D为对比例1的抑菌时间曲线，E为对比例2的抑菌时间曲线，F为对比例3的抑菌时间曲线。
根据图2可以发现实施例1-3制备的纳米纤维膜在释放至21d后仍能保持对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌较佳的抑菌效果，而对比例1-3制备的纳米纤维膜释放3d后对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率均降至60％以下，释放至9d后对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌可检测的抑菌效果消失。结果说明本发明制备的纳米纤维膜具有更加优良的缓释抗菌性能。
本发明提供了一种壳聚糖改性纳米纤维缓释抗菌膜及其制备方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
