一種基于細(xì)菌纖維素的有序納米纖維膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及表面修飾技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于細(xì)菌纖維素的有序納米纖維膜 的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異和生活水平的不斷提高，人們對(duì)衛(wèi)生產(chǎn)品的要求越來(lái)越 高，抗菌材料得到了極大的重視，使用長(zhǎng)效抗菌材料及制品是新近發(fā)展的預(yù)防有害微生物 傳染的方法之一，它可以有效避免可溶性消毒劑或抗生素等的濫用。季銨鹽是一類(lèi)陽(yáng)離子 表面活性劑，具有高效、廣譜、殺菌作用強(qiáng)、低毒有等特點(diǎn)，對(duì)革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽(yáng)性菌 和真菌等具有很好的殺菌效果。季銨鹽是一種有機(jī)小分子抗菌劑，對(duì)常見(jiàn)菌種具有優(yōu)良的 抗菌作用，但在實(shí)際使用過(guò)程中出現(xiàn)抗菌持續(xù)時(shí)間短等問(wèn)題。把季銨鹽基團(tuán)結(jié)合到固體載 體上，制備水不溶性、長(zhǎng)效殺菌材料是目前研究的熱點(diǎn)。
[0003] 細(xì)菌纖維素是由醋酸菌等菌種通過(guò)在液態(tài)含糖培養(yǎng)基中分泌到胞外纖維素，其獨(dú) 特的合成方式使得細(xì)菌纖維素具有超精細(xì)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有較高的化學(xué)純度和高結(jié)晶 度，較強(qiáng)的機(jī)械性能，，具有良好的生物相容性和生物可降解性，有很強(qiáng)的吸水性和持水性， 同時(shí)具有可調(diào)控性，這些優(yōu)越的性能使其廣泛應(yīng)用于紡織、食品、聲音振動(dòng)膜、造紙、醫(yī)學(xué)材 料等各個(gè)領(lǐng)域，現(xiàn)已成為國(guó)際的研究熱點(diǎn)。細(xì)菌纖維素分子間通過(guò)葡萄糖苷鍵和氫鍵的連 接而成的，在內(nèi)部和表面有大量的羥基基團(tuán)，有利于進(jìn)行細(xì)菌纖維素的改性，可以有效地改 善細(xì)菌纖維素的性能，拓展其應(yīng)用和發(fā)展。
[0004] 細(xì)菌纖維素雖然具有很多優(yōu)異的性能，但其自身沒(méi)有抗菌性，影響了其在生物材 料如醫(yī)用抗菌敷料，人造皮膚等領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。2, 3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨屬于季銨 鹽的一種，分子內(nèi)既存在具有抗菌活性的季銨陽(yáng)離子，又含有反應(yīng)活性很高的環(huán)氧基團(tuán)，可 以強(qiáng)有力地吸附在帶有負(fù)電荷的細(xì)菌表面，通過(guò)改變細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性，使菌體內(nèi)的酶、 輔酶和代謝中間產(chǎn)物溢出，導(dǎo)致微生物死亡。季銨鹽修飾細(xì)菌纖維素膜具有高效低毒的特 點(diǎn)，對(duì)人體器官皮膚無(wú)腐蝕刺激，殺菌效果好，細(xì)菌纖維素的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)季銨鹽具有緩 釋抗菌作用，從而達(dá)到長(zhǎng)效抗菌的目的，更重要的是通過(guò)這種方法制備可以得到高度有序 的纖維結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的力學(xué)性能。這種新型材料有望在環(huán)境和臨床領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 因此，將基于細(xì)菌纖維素的有序納米纖維膜將有望得到新型的抗菌生物材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：針對(duì)細(xì)菌纖維素本身不具有抗菌性的問(wèn)題，提供一種基于細(xì)菌纖維素 的有序納米纖維膜的制備方法，使用季銨鹽化學(xué)接枝到細(xì)菌纖維素表面，制備的抗菌材料 既保持了細(xì)菌纖維素獨(dú)特的性質(zhì)，又呈現(xiàn)出高度的有序性。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是： 一種基于細(xì)菌纖維素的有序納米纖維膜的制備方法，包括以下操作步驟： (1)將活化后的細(xì)菌纖維素生產(chǎn)菌接入種子培養(yǎng)基培養(yǎng)，再按照5-10%的接種量接入 發(fā)酵培養(yǎng)基中，充分混合均勻后，放置在28-32Γ恒溫培養(yǎng)箱中，靜置發(fā)酵7-10天，獲得細(xì) 菌纖維素膜，再經(jīng)堿處理純化； (2 )將細(xì)菌纖維素膜浸泡在氫氧化鈉水溶液中，50-100°C活化30-60分鐘，再用去離子 水清洗； (3) 活化好的細(xì)菌纖維素膜放入季銨鹽的乙醇溶液中，充分反應(yīng)后，用乙醇清洗表面； (4) 將樣品真空干燥即可得有序納米纖維膜。
[0007] 所述的菌種為木醋桿菌或紅茶菌。
[0008] 所述季銨鹽為2, 3環(huán)氧丙烷三甲基氯化銨，其分子結(jié)構(gòu)式如下：
[0009] 所述季銨鹽乙醇溶液的濃度為25_150g/L。
[0010] 所述活化細(xì)菌纖維素的氫氧化鈉溶液濃度為0. 2-1. 5%。
[0011] 所述季銨化反應(yīng)溫度為50-80°C，反應(yīng)時(shí)間為10-50h。
[0012] 有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的加熱處理使2, 3環(huán)氧丙基三甲基 氯化銨開(kāi)環(huán)，與羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)將具有殺菌活性的陽(yáng)離子基團(tuán)接枝到細(xì)菌纖維素表面， 過(guò)程簡(jiǎn)單、綠色，易操作，不涉及有毒化學(xué)試劑，可工業(yè)化生產(chǎn)，獲得的高度有序納米纖維膜 具有優(yōu)越的抗菌性，可以有效地?cái)U(kuò)大了細(xì)菌纖維的應(yīng)用領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是細(xì)菌纖維素膜放大5000倍的SEM照片圖； 圖2是實(shí)施例1所制備的有序納米纖維膜放大5000倍的SEM照片圖； 圖3為實(shí)施例2所制備的有序納米纖維膜放大5000倍的SEM照片圖； 圖4是基于細(xì)菌纖維素的有序納米纖維膜對(duì)大腸桿菌的抑菌圈圖片；其中，圖a為實(shí)施 例1制備的基于細(xì)菌纖維素的有序納米纖維膜的抑菌圈，圖b為實(shí)施例2制備的基于細(xì)菌 纖維素的有序納米纖維膜的抑菌圈，圖c為實(shí)施例3制備的基于細(xì)菌纖維素的有序納米纖 維膜的抑菌圈，圖d為實(shí)施例4制備的基于細(xì)菌纖維素的有序納米纖維膜的抑菌圈； 圖5是基于細(xì)菌纖維素的有序納米纖維膜對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌圈圖片；其中，圖a 為實(shí)施例1制備的基于細(xì)菌纖維素的有序納米纖維膜的抑菌圈，圖b為實(shí)施例2制備的基 于細(xì)菌纖維素的有序納米纖維膜的抑菌圈，圖c為實(shí)施例3制備的基于細(xì)菌纖維素的有序 納米纖維膜的抑菌圈，圖d為實(shí)施例4制備的基于細(xì)菌纖維素的有序納米纖維膜的抑菌圈。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明不受這些實(shí)施例子的限 制。
[0015] 實(shí)施例1 將酵母提取物（5g/L)、葡萄糖（5g/L)、磷酸二氫鉀（lg/L)、七水合硫酸鎂（15g/L)和蛋 白胨（5g/L)分別配制成IOOmL的種子培養(yǎng)基和200mL的發(fā)酵培養(yǎng)基。將種子培養(yǎng)基和發(fā) 酵培養(yǎng)基放入滅菌鍋中，溫度為121°C、壓強(qiáng)為0.1 MPa，滅菌20分鐘，待培養(yǎng)液冷卻后加入 乙醇（20mL/L)。將活化后的木醋桿菌接種至種子培養(yǎng)基中，在28°C和160rpm/min的搖床 中培養(yǎng)24h。按照6%的接種量將種子培養(yǎng)液接種于發(fā)酵培養(yǎng)基中充分震蕩使其混合均勻， 然后28°C下靜置培養(yǎng)7天，得到細(xì)菌纖維素膜。用去離子水沖洗細(xì)菌纖維素表面的殘留物， 浸泡在0.1 M的NaOH溶液中，80°C加熱攪拌lh，然后用醋酸調(diào)節(jié)pH至7. 0,最后用去離子水 沖洗細(xì)菌纖維素膜。將5g細(xì)菌纖維素膜放入濃度為0. 5%的NaOH溶液中，65°C攪拌活化 反應(yīng)30min，用去離子水清洗細(xì)菌纖維素膜，并用濾紙吸干表面水分，然后放入IOmL濃度為 50mg/mL的2, 3環(huán)氧丙基三甲基氯化銨的乙醇溶液中，65°C攪拌反應(yīng)24h。將樣品取出，用 無(wú)水乙醇清洗表面，最后65°C真空干燥，得到基于細(xì)菌纖維素的有序納米纖維膜。
[0016] 實(shí)施例2 將酵母提取物（6g/L)、