專利名稱：一種具有生物活性的抗菌納米纖維復(fù)合膜的制備及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種靜電紡絲制備具有生物活性的抗菌聚乙烯醇/溶菌酶/EDTA (PVA/Lysozyme/EDTA)納米纖維復(fù)合膜的方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
溶菌酶(Lysozyme),又稱胞壁質(zhì)酶,其主要抑菌機(jī)制是作用于肽聚糖分子的N-乙酰胞壁酸(NAM)與乙酰葡萄糖胺(NAG)之間的β -1, 4糖苷鍵，使細(xì)菌細(xì)胞壁松弛，失去對(duì)細(xì)胞的保護(hù)作用，最后導(dǎo)致細(xì)胞溶解死亡。由于革蘭氏陽(yáng)性菌的肽聚糖層位于細(xì)胞壁外層，因此溶菌酶對(duì)大多數(shù)革蘭氏陽(yáng)性菌都有較好的抑菌效果；而革蘭氏陰性菌的肽聚糖層位于細(xì)胞膜的中間層，其外部還有細(xì)胞外膜物質(zhì)一一脂多糖的阻擋，使得溶菌酶難以作用于中間的肽聚糖層，因此溶菌酶對(duì)大多數(shù)革蘭氏陰性菌的抑菌效果并不理想。但美國(guó)學(xué)者Branen等人研究發(fā)現(xiàn)，添加EDTA可以提高溶菌酶對(duì)革蘭氏陰性菌的抑菌活性。靜電紡絲是在高分子溶液或熔體上加載高壓靜電，以獲得納米或亞微米纖維的一種技術(shù)。該技術(shù)只需通過一個(gè)步驟就可以得到納米或亞微米纖維，是目前制備納米纖維最簡(jiǎn)單的方法之一。該技術(shù)除具有所紡纖維直徑小的優(yōu)點(diǎn)外，還具有制得纖維取向各向異性和比表面積大、孔隙率高、精細(xì)程度一致和均一性高、長(zhǎng)徑比大等特點(diǎn)，使其在化學(xué)、物理(熱、光、電磁等)學(xué)等領(lǐng)域具有特殊性質(zhì)，因而在食品、醫(yī)藥及國(guó)防等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種具有生物活性的抗菌納米纖維復(fù)合膜的制備方法；該方法是利用靜電紡絲技術(shù)，將聚乙烯醇(PVA)、溶菌酶(Lysozyme)和EDTA共紡得到。本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述方法制備得到的具有生物活性的抗菌納米纖維復(fù)合膜(PVA/Lysozyme/EDTA);該納米纖維復(fù)合膜具有廣譜抗菌性。本發(fā)明的再一目的在于提供上述納米纖維復(fù)合膜在食品包裝材料和生物材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種具有生物活性的抗菌納米纖維復(fù)合膜的制備方法，包括以下操作步驟:(I)將聚乙烯醇溶于蒸餾水中，控制聚乙烯醇質(zhì)量濃度為6 10%，在60 80°C的溫度下磁力攪拌I 4h，得到聚乙烯醇溶液；(2)將步驟(I)所得聚乙烯醇溶液冷卻至室溫，加入溶菌酶和EDTA ;在20 25°C下磁力攪拌0.5 lh，得到紡絲溶液；所述溶菌酶的加入量為聚乙烯醇溶液質(zhì)量的2 5%，所述EDTA在紡絲溶液中的濃度為3 6mmol/L ；(3)將步驟(2)所得紡絲溶液吸入注射器，裝上直徑0.6 0.8mm針頭，調(diào)整針頭到接收器的距離為5 20cm，調(diào)節(jié)電壓在15 30kV，紡絲溶液流速控制在0.15 0.30mL/h，紡絲4h，然后在45 50°C下真空干燥2 4h，得到具有生物活性的抗菌納米纖維復(fù)合膜。步驟(2)所述溶菌酶為蛋清溶菌酶。步驟(3)所述注射器為20mL。一種由上述制備方法制備得到的具有生物活性的抗菌納米纖維復(fù)合膜。上述的具有生物活性的抗菌納米纖維復(fù)合膜在制備食品包裝材料或生物材料中的應(yīng)用。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:(I)本發(fā)明采用聚合物與溶菌酶及EDTA共紡技術(shù)制備納米纖維膜，為靜電紡絲技術(shù)的一項(xiàng)新的應(yīng)用；(2)本發(fā)明采用的聚合物具有高水溶性，低毒和生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，所加溶菌酶是天然提取物，該復(fù)合膜最終能夠降解，對(duì)環(huán)境污染小；(3)本發(fā)明的工藝簡(jiǎn)單，條件溫和，操作簡(jiǎn)便；同時(shí)，通過添加EDTA，使所得納米纖維膜不僅對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌有抑菌作用，對(duì)革蘭氏陰性菌亦有抑菌作用，具有廣譜抗菌性；(4)本發(fā)明制備的納米纖維復(fù)合膜具有較好的韌性和低毒特性，同時(shí)具有廣譜抗菌性，在食品包裝材料和生物材料領(lǐng)域有較為廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為6%PVA+2%Lysozyme+4mmol/L EDTA納米纖維復(fù)合膜掃描電鏡圖。圖2為8%PVA+5%Lysozyme+4mmol/L EDTA納米纖維復(fù)合膜掃描電鏡圖。圖3為8%PVA、8%PVA+5%Lysozyme+4mmol/L EDTA納米纖維復(fù)合膜的紅外光譜圖。圖4為6%PVA、6%PVA+2%Lysozyme+4mmol/L EDTA納米復(fù)合膜的差示量熱掃描法檢測(cè)圖。圖5為6%PVA+2%Lysozyme+4mmol/L EDTA納米復(fù)合膜的抑菌效果圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例1:(I)稱取6g聚乙烯醇溶于IOOmL蒸餾水中，在80°C的溫度下磁力攪拌4h，得到聚乙烯醇溶液；(2)待步驟(I)所得聚乙烯醇溶液冷卻至室溫后，按聚乙烯醇溶液質(zhì)量2%的比例加入蛋清溶菌酶(購(gòu)于美國(guó)Amresco公司)，同時(shí)加入EDTA ;在室溫下磁力攪拌lh，得到紡絲溶液；所述EDTA在紡絲溶液中的濃度為4mmol/L ；(3)將步驟(2)所得紡絲溶液吸入20mL注射器，裝上直徑0.6mm針頭，調(diào)整針頭到接收器的距離為18cm，調(diào)節(jié)電壓在15kV，紡絲溶液流速控制在0.19mL/h，紡絲4h，然后在45°C下真空干燥2h,即得到6%PVA+2%Lysozyme+4mmol/L EDTA納米纖維復(fù)合膜。實(shí)施例2:(I)稱取8g聚乙烯醇溶于IOOmL蒸餾水中，在80°C的溫度下磁力攪拌4h，得到聚乙烯醇溶液；(2)待步驟(I)所得聚乙烯醇溶液冷卻至室溫后，按聚乙烯醇溶液質(zhì)量5%的比例加入蛋清溶菌酶(購(gòu)于美國(guó)Amresco公司)，同時(shí)加入EDTA ;在室溫下磁力攪拌lh，得到紡絲溶液；所述EDTA在紡絲溶液中的濃度為4mmol/L ；(3)將步驟(2)所得的紡絲溶液吸入20mL注射器，裝上直徑0.6mm針頭，調(diào)整針頭到接收器的距離為12cm，調(diào)節(jié)電壓在15kV，紡絲溶液流速控制在0.17mL/h，紡絲4h，然后在45°C下真空干燥2h,即得到8%PVA+5%Lysozyme+4mmol/L EDTA納米纖維復(fù)合膜。實(shí)施例3:(I)稱取6g聚乙烯醇溶于IOOmL蒸餾水中，在80°C的溫度下磁力攪拌4h，得到聚乙烯醇溶液；(2)待步驟(I)所得聚乙烯醇溶液冷卻至室溫后，按聚乙烯醇溶液質(zhì)量2%的比例加入蛋清溶菌酶(購(gòu)于美國(guó)Amresco公司)，同時(shí)加入EDTA ;在室溫下磁力攪拌lh，得到紡絲溶液；所述EDTA在紡絲溶液中的濃度為6mmol/L ；(3)將步驟(2)所得的紡絲溶液吸入20mL注射器，裝上直徑0.8mm針頭，調(diào)整針頭到接收器的距離為18cm，調(diào)節(jié)電壓在15kV，紡絲溶液流速控制在0.18mL/h，紡絲4h，然后在50°C下真空干燥2h,即得到8%PVA/2%Lysozyme/6mmol EDTA納米纖維復(fù)合膜。實(shí)施例4:將實(shí)施例1和實(shí)施例2所得納米纖維復(fù)合膜，采用掃描電鏡SEM進(jìn)行表征，結(jié)果分別見圖1和圖2，經(jīng)測(cè)量，納米纖維的直徑在100-500nm。實(shí)施例5:其他步驟同實(shí)施例2，不同之處在于步驟(2)不加蛋清溶菌酶及EDTA，只用PVA進(jìn)行靜電紡絲得到PVA納米纖維膜。將所得PVA納米纖維膜和實(shí)施例2所得納米纖維復(fù)合膜進(jìn)行紅外光譜檢測(cè)，得到二者的紅外光譜圖(圖3)。從圖中可以看出，溶菌酶及EDTA確實(shí)存在于PVA的納米纖維膜中。實(shí)施例6:其他步驟同實(shí)施例1，不同之處在于步驟(2)不加蛋清溶菌酶及EDTA，只用PVA進(jìn)行靜電紡絲得到PVA納米纖維膜。將所得PVA納米纖維膜和實(shí)施例2所得納米纖維復(fù)合膜進(jìn)行差示量熱掃描法(DSC)檢測(cè)，得到二者的DSC檢測(cè)圖(圖4)。從圖中可以看出，溶菌酶與PVA具有很好的相容性。實(shí)施例7:(I)斜面培養(yǎng):取常規(guī)適用于E.coli和S.aureus的斜面培養(yǎng)基，接種，37°C培養(yǎng)10 15h，作為斜面；(2)平板培養(yǎng):取常規(guī)適用于E.coli和S.aureus的平板培養(yǎng)基，從斜面接種到平板培養(yǎng)基中，并將實(shí)施例2得到的納米纖維復(fù)合膜剪成直徑6mm大小，貼于平板表面，37°C培養(yǎng)10 15h，觀察抑菌圈的大小，見圖5。從圖中可以看出，實(shí)施例2得到的納米纖維復(fù)合膜對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均有明顯的抑菌作用。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有生物活性的抗菌納米纖維復(fù)合膜的制備方法，其特征在于包括以下操作步驟: (1)將聚乙烯醇溶于蒸餾水中，控制聚乙烯醇質(zhì)量濃度為6 10%，在60 80°C的溫度下磁力攪拌I 4h，得到聚乙烯醇溶液； (2)將步驟(I)所得聚乙烯醇溶液冷卻至室溫，加入溶菌酶和EDTA;在20 25°C下磁力攪拌0.5 lh，得到紡絲溶液；所述溶菌酶的加入量為聚乙烯醇溶液質(zhì)量的2 5%，所述EDTA在紡絲溶液中的濃度為3 6mmol/L ； (3)將步驟(2)所得紡絲溶液吸入注射器，裝上直徑0.6 0.8mm針頭，調(diào)整針頭到接收器的距離為5 20cm，調(diào)節(jié)電壓在15 30kV，紡絲溶液流速控制在0.15 0.30mL/h,紡絲4h，然后在45 50°C下真空干燥2 4h，得到具有生物活性的抗菌納米纖維復(fù)合膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述溶菌酶為蛋清溶菌酶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(3)所述注射器為20mL。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1 3任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的具有生物活性的抗菌納米纖維復(fù)合膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有生物活性的抗菌納米纖維復(fù)合膜在制備食品包裝材料或生物材料中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種靜電紡絲制備具有生物活性的抗菌聚乙烯醇/溶菌酶/EDTA納米纖維復(fù)合膜的方法及其應(yīng)用。制備包括以下步驟將聚乙烯醇溶于蒸餾水中，磁力攪拌，得到聚乙烯醇溶液；所得聚乙烯醇溶液冷卻至室溫，加入溶菌酶和EDTA；磁力攪拌得到紡絲溶液；將紡絲溶液吸入注射器，控制紡絲溶液流速，紡絲，真空干燥，得到具有生物活性的抗菌納米纖維復(fù)合膜。本發(fā)明抗菌納米纖維復(fù)合膜對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有明顯的抑菌作用。該納米纖維膜具有良好的韌性和低毒特性，在食品包裝材料和生物材料領(lǐng)域有較為廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)D04H1/4309GK103103696SQ20121056076
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者吳虹, 朱定和, 宗敏華, 婁文勇 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)