一種表面微圖案設(shè)計的抗菌表面及抗菌膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種表面微圖案設(shè)計的抗菌表面及抗菌膜，屬于抗菌包裝膜以及復(fù)合膜技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著食品行業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，食品在世界范圍內(nèi)流通擴展，不僅需要維持食品較長的貨架壽命，而且還希望在盡量少添加防腐劑的情況下保持食品營養(yǎng)新鮮的品質(zhì)。而傳統(tǒng)的食品包裝主要是通過物理手段隔絕被包裝食品與外界環(huán)境的接觸來保持食品品質(zhì)，而本身不具備任何生物活性。此種情況下，為了保持食品的貨架壽命，往往需要直接往食品中添加大量的防腐劑，然而在抗菌劑發(fā)生效應(yīng)的過程中，尤其是初期，高濃度的抗菌劑不僅可能使細菌產(chǎn)生耐受性，而且會帶來食品安全問題。
[0003]造成食品腐爛變質(zhì)的主要誘因是微生物的大量繁殖和代謝，而食品的腐爛變質(zhì)是首先從食品的表面開始的?？咕b材料可抑制貯藏過程中食品微生物的生長，將逐漸減少或代替向食品中加入鹽、糖或防腐劑等延長食品保質(zhì)期的方法，最大限度地保持了食品的新鮮口味，從而能更好地保證食品的營養(yǎng)和風味；另一方面由于抗菌包裝具有的抑菌防腐作用，能夠減少食品加工過程中添加劑的大量加入，有效避免了防腐劑的過量攝入，增加了食品的安全性。
[0004]此外，在醫(yī)療領(lǐng)域，以生物材料為中心的感染目前十分嚴重，引發(fā)感染的起因就是細菌粘附在生物材料表面。通過制備具有抗菌性能的膜阻止細菌在生物材料表面的粘附也就顯得十分有必要。通過材料表面的微圖案化，使材料具有良好抗菌抗粘附性能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，無納米抗菌劑的添加，降低了材料生產(chǎn)成本。同時，也排除了納米顆粒與人體直接接觸，在體內(nèi)富集的可能性，不會對人體健康產(chǎn)生威脅，安全系數(shù)更高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種表面微圖案設(shè)計的抗菌表面及抗菌膜。具有與微圖案的抗菌表面，可通過微加工技術(shù)，在膜內(nèi)層制備1nm-1Oym的表面拓撲結(jié)構(gòu)，使其具有抗菌抗黏附性能?？捎糜诖朔N具有微米、納米結(jié)構(gòu)的材料包括塑料、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚乳酸PLA等包裝類材料，繃帶等醫(yī)療材料以及冰箱、冷柜、無菌柜等容器內(nèi)壁的微表面化。具有抗菌性能的微納結(jié)構(gòu)的類型主要由米字型、條紋型、點陣型，尺寸范圍為:10nm-10ym。這種具有微圖案的設(shè)計用于抗菌食品包裝、抗菌貼膜以及生物材料、醫(yī)療器材表面以及容器內(nèi)壁表面。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0007]利用電子束光刻、電子束沉積、光刻膠剝離、反應(yīng)離子刻蝕、熱膜壓印等一系列微加工技術(shù)，制作表面帶有微納結(jié)構(gòu)的聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚對苯二甲酸乙二醇酯PET、聚乳酸PLA等材料。制成的微納結(jié)構(gòu)包括米字型，條紋型，點陣型，大小為10nm-1O μ m。含有此類結(jié)構(gòu)的膜材料具有良好的抗菌性能。
[0008]本發(fā)明的有益效果為:本方法用于食品包裝時，可不添加或少添加抗菌劑，減少甚至去除了包裝材料中抗菌劑對食品本身的污染，降低了抗菌劑與人體直接接觸的可能，大大提高了食品包裝的安全性；另一方面，本方法用于醫(yī)療器材時，可減少細菌對傷口的感染，避免植入性醫(yī)療材料對人體的細菌感染。無納米抗菌劑的添加，排除了納米顆粒與人體直接接觸，在體內(nèi)富集的可能性，不會對人體健康產(chǎn)生威脅，安全系數(shù)更高。
【附圖說明】
[0009]圖1A帶有米字型微納機構(gòu)抗菌膜的SEM圖，其中(a)圖表示平滑的PDMS膜，(b)、(C)、(d)、(e)、(f)分別表示線寬為 1μπι、2μπι、3μπι、4μπι、5μπι 的米字型 PDMS 膜。
[0010]圖1B米字型抗菌膜抗菌性能評價。圖示與圖1A相同。
[0011]圖2Α帶有條紋型微納結(jié)構(gòu)抗菌膜的SEM圖，其中(a)圖表示平滑的PDMS膜，(b)、(C)、(d)、(e)、(f)分別表示線寬為 1μπι、2μπι、3μπι、4μπι、5μπι 的條紋型 PDMS 膜。
[0012]圖2Β條紋型抗菌膜抗菌性能評價。圖示與圖2Α相同。
[0013]圖3Α帶有點陣型微納結(jié)構(gòu)抗菌膜的SEM圖，其中(a)圖表示平滑的PDMS膜，(b)、(C)、(d)、(e)、(f)分別表示線寬為 1μπι、2μπι、3μπι、4μπι、5μπι 的條紋型 PDMS 膜。
[0014]圖3Β點陣型抗菌膜抗菌性能評價。圖示與圖3Α相同。
【具體實施方式】
[0015]實施方法如下:
[0016]實施例1:制備帶有米字型微圖案的PDMS膜，并驗證其抗菌性能:
[0017]首先，將硅片分別置于濃硫酸、水、乙醇中超聲各lOmin，然后置于烘箱烘干，在SOOOmirr1的轉(zhuǎn)速下旋涂光刻膠，勻膠時間為lmin，隨后置于180°C熱臺上，5min后將其放入電子束曝光機中，在20kV的電壓下根據(jù)預(yù)先設(shè)計好的程序獲得500nm，I μηι，2 μηι，3 μπι，4μπι，5μπι線寬的米字型PMMA光柵圖案。
[0018]將PDMS基料和PDMS固化劑按質(zhì)量比10:1充分混合，置于真空干燥箱中抽真空，然后滴涂到圖案化后的PMMA表面，放入65°C真空干燥箱中Ih待其充分交聯(lián)，將PDMS從PMMA表面揭下得到PDMS膜。制得膜表面微結(jié)構(gòu)見附圖1A。
[0019]將大腸桿菌E.coli BL21 (DE3)接種LB肉湯培養(yǎng)基，搖瓶培養(yǎng)12h，以接種量1%轉(zhuǎn)接到M63培養(yǎng)基，點陣型PDMS膜浸沒于M63培養(yǎng)基，37°C靜置培養(yǎng)5h。得到抗菌包裝材料抗菌性能評價見附圖1B。
[0020]實施例2:制備帶有條紋型微圖案的PDMS膜，驗證其抗菌性能:
[0021]制備方法與抗菌實驗驗證方法同實施實例I。得到膜表面微結(jié)構(gòu)見附圖2A。抗菌包裝材料抗菌性能評價見附圖2B。
[0022]實施例3:制備帶有點陣型微圖案的PDMS膜，驗證其抗菌性能:
[0023]制備方法與抗菌實驗驗證方法同實施實例I。得到膜表面微結(jié)構(gòu)見附圖3A?？咕b材料抗菌性能評價見附圖3B。
【主權(quán)項】
1.具有與微圖案的抗菌表面，通過微加工技術(shù)，在膜內(nèi)層制備1nm-1Oμm的表面拓撲結(jié)構(gòu)，使其具有抗菌抗黏附性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌表面，其主要特征是可用于此種具有微米、納米結(jié)構(gòu)的材料包括塑料、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚乳酸PLA等食品及其他包裝類材料，抗菌貼膜，繃帶、創(chuàng)可貼等醫(yī)療材料以及冰箱、冷柜、無菌柜、其他容器等內(nèi)壁的微圖案化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌表面，其主要特征是微納結(jié)構(gòu)的類型主要由米字型、條紋型、點陣型等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌表面，其主要特征是微納結(jié)構(gòu)的尺寸范圍為:1nm-1O μm0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌表面，其主要特征是用于抗菌食品包裝，抗菌貼膜，生物材料、醫(yī)療器材表面以及容器內(nèi)壁表面。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種表面微圖案設(shè)計的抗菌表面及抗菌膜，主要通過微加工技術(shù)，在生物材料、醫(yī)療材料表面，冰箱、冷柜等容器內(nèi)壁貼膜，食品包裝膜表面翻刻米字型、條帶型、點陣型等大小為10nm-10μm的微納結(jié)構(gòu)，從而達到抗菌抗黏附效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的抗菌方法更環(huán)保，在食品包裝等相關(guān)領(lǐng)域，減少了食品防腐劑、抗菌劑的添加，保留了食品原有的營養(yǎng)價值，具有更好的保質(zhì)保鮮效果；在醫(yī)療器材等領(lǐng)域，此種材料可減少器材表面細菌對人體的威脅，更健康安全。
【IPC分類】B65D65-22, B65D81-00
【公開號】CN104609029
【申請?zhí)枴緾N201510024331
【發(fā)明人】周鵬, 陸乃彥, 張薇, 陳曉霞, 翁雨燕
【申請人】江南大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月16日