一种基于静电纺丝的抗菌纤维膜的制备方法与流程

2021-01-08 10:01:13|

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本发明涉及一种新型抗菌纤维膜的制备和应用，涉及一种基于静电纺丝的抗菌纤维膜的制备方法，具体涉及一种采用静电纺丝技术制备包含agnps@mofs抗菌材料的纤维膜的方法。本发明属于纳米抗菌材料领域。

背景技术：

生活水平的提高促使更多的人关注健康领域，而由致病寄生虫、细菌和病毒导致的生物污染（如大气、水体、土壤和食品污染）严重威胁人体健康。其中，微生物及其代谢物导致的感染，给病人的伤口愈合带来巨大痛苦。同时，耐药菌和生物膜的快速进化细菌感染治疗过程中遭遇的主要难题。传统的抗菌方法，如抗细菌吸附、细菌表面接触杀菌、抗菌试剂释放等无法达到令人满意的抗菌效果。因此急需开发新型的抗菌材料。而文献报道无机纳米颗粒可以抑制生物膜的形成，具有很好的抗菌效果。

目前常用的纳米抗菌材料主要有：银基抗菌材料（中国专利：一种银二氧化钛复合抗菌材料的制备方法，公开号：cn104472543a。）；铜离子抗菌材料（中国专利：一种抗菌材料的制造方法，公开号：cn105381460a。）；氧化锌（纳米锌复合抗菌材料的制备方法及应用，公开号：cn107163654a。）等。其中银基抗菌材料具有抗菌活性强、抗菌谱广及诱导细菌耐药倾向低等优点，是一种理想的抗菌材料。但是纳米银颗粒（agnps）往往自发聚集形成较大颗粒，甚至沉淀，严重影响其抗菌性能。而金属有机框架（mofs）mofs材料具备较大的比表面积、较好的生物相容性、稳定的化学和物理性能、及可生物降解的优点。采用mofs包裹agnps可以解决agnps颗粒的自发团聚，形成稳定的抗菌材料，从而有效发挥agnps的抗菌性能。

静电纺丝可以利用电场将喷射出的高分子流体生产出纳米级的聚合物细丝，进而制备出具有较高比表面积和孔隙率的超细纤维膜，达到不同功能化的目的。由于抗菌纤维在多种领域具有十分重要的应用前景，因此采用静电纺丝技术，结合纳米级抗菌材料，制备新型的抗菌纤维，具有极好的研究及实用价值。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明目的在于提供一种基于静电纺丝的抗菌纤维膜的制备方法。

本发明目的通过下述方案实现：一种基于静电纺丝的抗菌纤维膜的制备方法，其特征在于，首先合成agnps@mofs抗菌材料，通过调节银氨溶液、2-甲基咪唑和乙酸锌的用量，进一步调节agnps尺寸及mof结构的粒径大小和孔隙率，同时得到不同形貌的agnps@mofs结构；随后，将agnps@mofs溶解于一定浓度的丝素蛋白溶液中，得到不同质量比的agnps@mofs/sf纺丝液，利用静电纺丝技术，制备具有抗菌性能的纤维膜，包括如下步骤：

步骤（1）agnps@mofs制备：

1）称取0.34g硝酸银（agno3）、0.12g氢氧化钠（naoh）及适量氨水，制备新鲜的20mm银氨溶液，转移至棕色瓶，并于阴暗处保存；

2）70~80g2-甲基咪唑溶解于90ml水溶液，于在37℃条件下搅拌均匀后加入10ml浓度为2.5~6mm的锌盐溶液，搅拌均匀后将0.5~1ml20mm银氨溶液加入上述反应液，混合液于37℃，400rpm避光反应2hr；

3）步骤2）的反应液中加入5mlpvp（50~100mm）溶液，混合均匀后放入光化学反应器中，300w汞灯照射2~4hr至反应结束；然后，

4）以8000rpm/min离心20min分离去除上清液，洗涤三次，80℃烘干，得到最终产物agnps@mofs颗粒；

步骤（2）纺丝：

1）将agnps@mofs颗粒溶解于丝素蛋白（sf）溶液中，使所述agnps@mofs与sf质量比为0.01mg/mg~0.2mg/mg，于60℃混合均匀，得到浓缩的agnps@mofs/sf纺丝液；

2）将混合均匀的纺丝液注入10ml注射器，设定电纺压为20kv，以流速0.1~1ml/h，在10~20cm接受距离内进行静电纺丝，得到0.05~0.2mm厚的agnps@mofs/sf纤维膜。

其中，步骤（1）中所述锌盐为硝酸锌或醋酸锌，所述锌盐浓度为2.5~6mm。

步骤（2）中所述sf浓度为30%~40%。

本发明方法制备抗菌性电纺纤维过程简单，易于操作，生物相容性良好，可进一步制备生物表面抗菌膜材料或织物材料。

抗菌性能测试：以大肠杆菌为测试菌种。取培养三代以上的大肠杆菌，用pbs缓冲溶液稀释至约为10⁵cfu/ml；取3×3cm²上述制备的agnps@mofs/sf纤维膜放入三角瓶中，加入45ml含0.1%吐温-80的pbs混合后，再加入2.5ml上述预制菌悬液。对照组按上述方法配制不含有抗菌颗粒的显微薄膜的菌悬液。将试验组和对照组置于37℃100rpm恒温摇床中振荡孵育2hr。振荡结束后，试验组和对照组经过适当的稀释，接种于含有琼脂培养基的平皿上，每个浓度设置2个平行样，将上述平皿于37℃培养箱中培养24hr，并对菌落计数，计算抗菌率。

本发明的优点在于：

（1）采用原位生长的方式使纳米银均匀分散在zif-8的表面、骨架和孔隙中，避免了银颗粒的自发团聚，增加抗菌颗粒的稳定性和单分散性；

（2）采用了生物相容性良好且可控降解的丝素蛋白作为基体材料，能有效促进细胞的粘附、生长与增殖；同时结合抗菌性能，可应用于伤口修复、消炎等。

（3）采用静电纺丝的方式，将抗菌颗粒进一步成膜，操作简单、成本低廉。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。

实施例1

一种基于静电纺丝的抗菌纤维膜，首先合成agnps@mofs抗菌材料，通过调节银氨溶液、2-甲基咪唑和乙酸锌的用量，进一步调节agnps尺寸及mof结构的粒径大小和孔隙率，同时得到不同形貌的agnps@mofs结构；随后，将agnps@mofs溶解于一定浓度的丝素蛋白溶液中，得到不同质量比的agnps@mofs/sf纺丝液，利用静电纺丝技术，制备具有抗菌性能的纤维膜，按如下步骤制备：

1、agnps@mofs制备：

1）称取0.34g硝酸银（agno3）、0.12g氢氧化钠（naoh）及适量氨水，制备新鲜的20mm银氨溶液，转移至棕色瓶，并于阴暗处保存；

2）75g2-甲基咪唑溶解于90ml水溶液，于在37℃条件下搅拌均匀后加入10ml浓度为5mm的硝酸锌溶液，搅拌均匀后将0.5ml20mm银氨溶液加入上述反应液，混合液于37℃，400rpm避光反应2hr；

3）步骤2）的反应液中加入5mlpvp100mm溶液，混合均匀后放入光化学反应器中，300w汞灯照射4hr，反应结束；然后，

4）以8000rpm/min离心20min分离去除上清液，洗涤三次，80℃烘干，得到最终产物agnps@mofs颗粒；

2、纺丝：

1）将350mgagnps@mofs颗粒溶解于10ml质量浓度为35%丝素蛋白（sf）溶液中，于60℃混合均匀，得到浓缩的agnps@mofs/sf纺丝液；

2）将混合均匀的纺丝液注入10ml注射器，设定电纺压为20kv，以流速0.5ml/h，在15cm接受距离内进行静电纺丝，得到0.05~0.2mm厚的agnps@mofs/sf纤维膜。

3、抗菌性能测试：以大肠杆菌为测试菌种。取培养三代以上的大肠杆菌，用pbs缓冲溶液稀释至约为10⁵cfu/ml；取3×3cm²上述制备的agnps@mofs/sf纤维膜放入三角瓶中，加入45ml含0.1%吐温-80的pbs混合后，再加入2.5ml上述预制菌悬液。对照组按上述方法配制不含有抗菌颗粒的显微薄膜的菌悬液。将试验组和对照组置于37℃100rpm恒温摇床中振荡孵育2hr。振荡结束后，试验组和对照组经过适当的稀释，接种于含有琼脂培养基的平皿上，每个浓度设置2个平行样，将上述平皿于37℃培养箱中培养24hr，并对菌落计数，计算抗菌率。

实施例2

一种基于静电纺丝的抗菌纤维膜，与实施例1近似，按如下步骤制备：

1、agnps@mofs制备：

1）称取0.34g硝酸银（agno3）、0.12g氢氧化钠（naoh）及适量氨水，制备新鲜的20mm银氨溶液，转移至棕色瓶，并于阴暗处保存；

2）80g2-甲基咪唑溶解于90ml水溶液，于在37℃条件下搅拌均匀后加入10ml6mm硝酸锌盐溶液，搅拌均匀后将0.75ml20mm银氨溶液加入上述反应液，混合液于37℃，400rpm避光反应2hr；

3）上述反应液加入5ml100mmpvp溶液，混合均匀后放入光化学反应器中，300w汞灯照射3hr；

4）反应结束后，以8000rpm/min离心20min分离去除上清液，洗涤三次，80℃烘干，得到最终产物agnps@mofs颗粒。

2、纺丝：

1）将500mgagnps@mofs颗粒溶解于10ml质量浓度为35%的丝素蛋白（sf）溶液，于60℃混合均匀，得到浓缩的agnps@mofs/sf纺丝液；

2）将混合均匀的纺丝液注入10ml注射器，设定电纺压为20kv，以流速0.5ml/h，在约15cm接受距离内进行静电纺丝，得到0.05~0.2mm的agnps@mofs/sf纤维膜。

实施例3

一种基于静电纺丝的抗菌纤维膜，与实施例1近似，按如下步骤制备：