一種銀納米粒子‑絲素蛋白抗菌複合薄膜的製備方法與流程
2023-12-02 10:43:51 1
本發明涉及一種製備方法，更具體地說，涉及一種銀納米粒子-絲素蛋白抗菌複合薄膜的製備方法。
背景技術：
絲素蛋白是一種天然高分子蛋白，由於其具有優異的力學性能、生物相容性以及生物降解性，且對人體無毒、無害，近年來被廣泛應用於生物醫學，化妝品，藥物傳輸等領域。近年來，隨著技術的發展，越來越多的以絲素蛋白為基底的生物材料被發明創造並且應用。例如，絲素蛋白薄膜可以作為製備生物傳感器的基底，同時也可以做為食品防腐的保鮮膜；絲素蛋白粉末可以作為護膚品的添加劑以增加互粉品的保水性和生物相容性；絲素蛋白納米小球可以作為藥物傳輸和釋放的載體被應用到生物醫療領域。
利用絲素蛋白來製備金屬納米粒子-絲素蛋白功能性複合材料是一個很重要的領域。基本思路是通過特定的物理、化學放方法將金屬納米粒子和絲素蛋白有效的結合在一起，使得製備得到的功能性複合材料同時具有金屬納米粒子和絲素蛋白的優勢。金屬納米粒子-絲素蛋白功能性複合材料的製備方法主要分為兩大類：一是先製備金屬納米粒子，然後再將絲素蛋白與金屬納米混合，經過電紡絲、制膜、乾燥等方法得到複合物(如美國發明專利US20130310908A1；中國發明專利CN201210258495)；二是利用絲素蛋白材料先和金屬離子結合，再利用化學還原方法而製得複合物(如中國發明專利CN101044848；中國發明專利CN102618043)，前一種方法絲素蛋白和金屬納米粒子間相互作用弱，製備得到的複合物均一性差；後一種方法金屬納米的形貌可控性差，且由於絲素蛋白參與化學反應從而使得其結構改變，影響複合材料的生物相容性能和力學性能。
銀納米粒子是一種被廣泛研究的功能金屬納米材料，不僅具有納米材料所特有的表面效應和量子尺寸效應，同時還具有優異的光學性能、催化性能和抗菌性能。因此，它被廣泛用作光學材料、催化劑和生物傳感器材料等。除此之外，由於銀納米粒子毒性低，並且對生活中許多種類的細菌、真菌和病毒具有不同程度的抑制作用，因此還可應用於醫藥行業和化妝品行業。銀納米粒子的製備方法很多，有化學還原法、電化學法和光還原法等。此外，通過改變具體的實驗條件，如表面穩定劑的種類，實驗溫度等，可以有效的調控銀納米粒子的形貌和尺寸。
基於銀納米粒子的良好的抗菌性能以及絲素蛋白優異的生物相容性和力學性能，製備一種具有抗菌性的銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜已經成為研究的熱點之一，其有望成為一種抑制細菌，治療感染創面的功能材料。一般會利用絲素蛋白原位還原銀納米粒子的方法製備得到了銀納米粒子-絲蛋白複合材料，然而該方法中絲素蛋白參與了化學反應，其原始的蛋白結構受到了破壞，蛋白的分子量降低，從而降低了複合材料的力學性能和其他生物性能；另外，製備得到的銀納米粒子尺寸均一性差，形貌也不可控。
技術實現要素：
1.發明要解決的技術問題
本發明的目的在於克服上述的不足，提供了一種銀納米粒子-絲素蛋白抗菌複合薄膜的製備方法，採用本發明的技術方案，採用天然的絲素蛋白作為材料集體，通過參雜化學溼法合成的銀納米粒子從而製備得到尺寸均一的銀納米粒子-絲素蛋白複合物，進而製得銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜，銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜具有良好的力學性能、抗菌性能和非水溶性。
2.技術方案
為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：
本發明的一種銀納米粒子-絲素蛋白抗菌複合薄膜的製備方法，其步驟為：
1)銀納米粒子溶液的製備：(1-1)配製硝酸銀和檸檬酸鈉的混合水溶液，其中硝酸銀和檸檬酸鈉按照摩爾比為1∶1進行混合；(1-2)快速攪拌上述混合溶液，同時將預冷卻到零度的硼氫化鈉溶液快速注入，液的顏色從無色透明迅速變成黃色；(1-3)持續攪拌2個小時，即可得到銀納米粒子溶液；
2)脫膠蠶絲的製備：(2-1)利用0.5wt％的碳酸鈉和1wt％的馬賽皂的混合水溶液將蠶繭煮沸，煮沸時間為30分鐘，同時要求煮沸過程中不斷攪拌；(2-2)煮沸完成後將脫膠的蠶絲撈出並用淨水反覆清洗；(2-3)重複上述步驟(2-1)和步驟(2-2)進行二次脫膠；(2-4)將完成步驟(2-3)後得到的脫膠蠶絲置於乾燥通風處過夜乾燥；
3)銀納米粒子-絲素蛋白複合物粉末的製備：(3-1)用濃度為99.9％的三氟乙酸溶解步驟2)製得的脫膠蠶絲；(3-2)將步驟(3-1)製得的溶液注入到步驟1)製得的銀納米粒子溶液中，並緩慢攪拌至溶液呈現均一態；(3-3)用氫氧化鈉溶液調節步驟(3-2)製得的溶液pH值至中性；(3-4)快速攪拌步驟(3-3)製得的溶液至沉澱產生，並持續攪拌至上層溶液澄清；(3-5)過濾出步驟(3-4)中沉澱，並清水洗滌，烘乾，即可得到銀納米粒子-絲素蛋白複合物粉末；
4)銀納米粒子-絲素蛋白複合物薄膜的製備：(4-1)用濃度為99.9％的三氟乙酸溶解步驟3)製得的銀納米粒子-絲素蛋白複合物粉末；(4-2)將步驟(4-1)製得的溶液澆鑄於制膜容器中，並在室溫下乾燥成膜；(4-3)將步驟(4-2)製得的薄膜用清水和95％的乙醇水溶液依次洗滌後在室溫下乾燥。
更進一步地，所述的步驟1)中製得的銀納米粒子的紫外可見吸收光譜圖中，在300nm到800nm範圍內於408nm處有特徵吸收峰；所述的步驟1)中製得的銀納米粒子的透射電鏡圖圖中標尺為20nm，顆粒尺寸均一，呈球狀，直徑大小為10nm。
更進一步地，所述的步驟2)中製得的脫膠蠶絲的傅立葉紅外光譜圖中，在1400cm-1到1800cm-1的光譜範圍內於1512cm-1、1622cm-1、1698cm-1處有特徵峰；所述的步驟4)中製得的銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜的傅立葉紅外光譜圖中，在1400cm-1到1800cm-1的光譜範圍內於1512cm-1、1531cm-1、1622cm-1、1643cm-1、1698cm-1處有特徵峰。
3.有益效果
採用本發明提供的技術方案，與已有的公知技術相比，具有如下顯著效果：
(1)本發明的一種銀納米粒子-絲素蛋白抗菌複合薄膜的製備方法，其採用天然的絲素蛋白作為材料集體，通過參雜化學溼法合成的銀納米粒子從而製備得到尺寸均一的銀納米粒子-絲素蛋白複合物，操作簡單易行，綠色環保；
(2)本發明的一種銀納米粒子-絲素蛋白抗菌複合薄膜的製備方法，其製備得到的銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜中銀納米粒子的均一度好，呈規則球狀，且銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜具有良好的力學性能和非水溶性，可以彎曲，拉伸，延展；另外製備得到的銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜可以抑制細菌的生長，具有良好的抗菌性能。
附圖說明
圖1為本發明中銀納米粒子的紫外可見吸收光譜圖；
圖2為本發明中銀納米粒子的透射電鏡圖；
圖3為本發明中脫膠蠶絲、銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜的傅立葉紅外光譜圖。
圖4為本發明中銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜的抗菌性能測試示意圖。
具體實施方式
為進一步了解本發明的內容，結合附圖和實施例對本發明作詳細描述。
本實施例的一種銀納米粒子-絲素蛋白抗菌複合薄膜的製備方法，其步驟為：
1)銀納米粒子溶液的製備：(1-1)配製硝酸銀和檸檬酸鈉的混合水溶液，其中硝酸銀和檸檬酸鈉按照摩爾比為1∶1進行混合；(1-2)快速攪拌上述混合溶液，同時將預冷卻到零度的硼氫化鈉溶液快速注入，液的顏色從無色透明迅速變成黃色；(1-3)持續攪拌2個小時，即可得到銀納米粒子溶液；具體為配製200毫升硝酸銀和檸檬酸鈉的混合水溶液，其中硝酸銀為0.25mM，檸檬酸鈉0.25mM；所述的步驟(1-2)具體為快速攪拌步驟(1-1)製得的混合溶液，同時將預冷卻到零度的6.0毫升10mM硼氫化鈉溶液快速注入，溶液的顏色從無色透明迅速變成黃色；
獲取對步驟1)中製備得到的銀納米粒子的紫外可見吸收光譜圖(參加圖1所示)，圖中在300nm到800nm範圍內於408nm處有特徵吸收峰，表明銀納米粒子尺寸較小且均一；
對步驟1)中製備得到的銀納米粒子進行
獲取步驟1)中製備得到的銀納米粒子的透射電鏡圖(參加圖2所示)，圖中標尺為20nm，顆粒尺寸均一，呈球狀，直徑大小為10nm；
2)脫膠蠶絲的製備：(2-1)利用0.5wt％的碳酸鈉和1wt％的馬賽皂的混合水溶液將蠶繭煮沸，煮沸時間為30分鐘，同時要求煮沸過程中不斷攪拌，具體為為將14個蠶繭剪切成小細條狀，利用1升0.5wt％的碳酸鈉和1wt％的馬賽皂的混合水溶液將上述蠶繭煮沸，煮沸時間為30分鐘，同時要求煮沸過程中不斷攪拌；(2-2)煮沸完成後將脫膠的蠶絲撈出並用淨水反覆清洗；(2-3)重複上述步驟(2-1)和步驟(2-2)進行二次脫膠；(2-4)將完成步驟(2-3)後得到的脫膠蠶絲置於乾燥通風處過夜乾燥；
3)銀納米粒子-絲素蛋白複合物粉末的製備：(3-1)用濃度為99.9％的三氟乙酸溶解步驟2)製得的脫膠蠶絲，具體為為用400毫升濃度為99.9％的三氟乙酸溶解步驟2)製得的脫膠蠶絲；(3-2)將步驟(3-1)製得的溶液注入到步驟1)製得的銀納米粒子溶液中，並緩慢攪拌至溶液呈現均一態，具體為將步驟(3-1)製得的溶液注入到200毫升步驟1)製得的銀納米粒子溶液中，並緩慢攪拌至溶液呈現均一態；(3-3)用氫氧化鈉溶液調節步驟(3-2)製得的溶液pH值至中性，具體為用1M氫氧化鈉溶液調節步驟(3-2)製得的溶液pH值至中性；(3-4)快速攪拌步驟(3-3)製得的溶液至沉澱產生，並持續攪拌至上層溶液澄清；(3-5)過濾出步驟(3-4)中沉澱，並清水洗滌，烘乾，即可得到銀納米粒子-絲素蛋白複合物粉末；採用天然的絲素蛋白作為材料集體，通過參雜化學溼法合成的銀納米粒子從而製備得到尺寸均一的銀納米粒子-絲素蛋白複合物，操作簡單易行，綠色環保；
4)銀納米粒子-絲素蛋白複合物薄膜的製備：(4-1)用濃度為99.9％的三氟乙酸溶解步驟3)製得的銀納米粒子-絲素蛋白複合物粉末；(4-2)將步驟(4-1)製得的溶液澆鑄於制膜容器中，並在室溫下乾燥成膜；(4-3)將步驟(4-2)製得的薄膜用清水和95％的乙醇水溶液依次洗滌後在室溫下乾燥；製備得到的銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜中銀納米粒子的均一度好，呈規則球狀，且銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜具有良好的力學性能和非水溶性，可以彎曲，拉伸，延展，另外製備得到的銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜可以抑制細菌的生長，具有良好的抗菌性能。
獲取步驟4)中製得的銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜和步驟2)中製得的脫膠蠶絲的在1400cm-1到1800cm-1的光譜範圍內的傅立葉紅外光譜圖(參加圖3所示)，圖中曲線A是脫膠蠶絲，脫膠蠶絲的紅外特徵峰出現在1512cm-1、1622cm-1、1698cm-1處，表明蠶絲蛋白結構主要是Silk II結構(β-摺疊結構)，表現出非水溶性；圖中曲線B是銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜，銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜的紅外特徵峰出現在1512cm-1、1531cm-1、1622cm-1、1643cm-1、1698cm-1，其中1531cm-1、1643cm-1代表Silk I結構(無規線團和α-螺旋結構)，根據分析可知步驟4)中製備得到的銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜同時含有β-摺疊結構、α-螺旋結構和無規線團結構，銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜中蠶絲結構未被破壞，α-螺旋結構和無規線團結構的存在使得銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜表現出可延展性好的特徵，但是從相對含量來看，β-摺疊結構是主要結構，α-螺旋結構和無規線團結構的含量較低，從而銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜表現出非水溶性。
將步驟4)中製得的銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜置於大腸桿菌的培養皿中，置於37攝氏度約12小時，然後取出觀察銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜位置處大腸桿菌的生長情況(參加圖4所示)，圖中表面銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜可以有效抑制大腸桿菌的生長，而普通的絲素蛋白薄膜則不能有效抑制大腸桿菌的生長，進而說明銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜具有優良的抗菌性能。
本發明的一種銀納米粒子-絲素蛋白抗菌複合薄膜的製備方法，採用天然的絲素蛋白作為材料集體，通過參雜化學溼法合成的銀納米粒子從而製備得到尺寸均一的銀納米粒子-絲素蛋白複合物，進而製得銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜，銀納米粒子-絲素蛋白複合薄膜具有良好的力學性能、抗菌性能和非水溶性。
以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構並不局限於此。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬於本發明的保護範圍。