一种基于季铵化壳聚糖杂化胶束的纳米抗菌涂层制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于季铵化壳聚糖杂化胶束的纳米抗菌涂层制备方法。该制备方法包括：首先将季铵化壳聚糖溶解于1％冰醋酸水溶液，得到季铵化壳聚糖溶液，再将L?半胱氨酸溶于水制备L?半胱氨酸水溶液，将制备的两种溶液混合，再添加一定量的固体纳米氧化锌，持续搅拌，待混合均匀之后，调节溶液pH值促使体系发生自组装，得到杂化胶束溶液；最后以杂化胶束溶液为电解液，结合电泳沉积技术将杂化胶束固定在医用金属表面形成纳米抗菌涂层；该法操作简便，成本低，适用范围广。
【专利说明】
一种基于季铵化壳聚糖杂化胶束的纳米抗菌涂层制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种基于季铵化壳聚糖杂化胶束的纳米抗菌涂层制备方法，属于天然高分子和抗菌涂层相结合领域，同时也是有机与无机杂化体系。
技术背景
[0002]研究表明，在骨科植入物表面形成抗菌涂层对细菌粘附及生物膜形成有良好的抑制作用，为临床预防骨科植入物手术感染提供新的研究方向。壳聚糖作为自然界唯一存在的荷正电的聚多糖，其具有优异的抗菌性能，但其只有在酸性条件下才能获得良好的溶解性能及抗菌效果，抑菌能力受到一定限制。相比之下壳聚糖季铵盐不但具有典型季铵盐的性质，如抗菌、抑菌性以及吸湿、保湿性，还保持了壳聚糖原有的良好的成膜性、絮凝性以及生物相容性和可降解性，从而使其在食品工业、医药、工业水处理、纺织品加工等领域有潜在的应用价值。
[0003]最近无机纳米粒子因具有广谱和高效抗菌活性而被广泛关注，如银，铜，氧化铜，二氧化钛，Mg(OH)2和ZnO JnO因制备简单，成本低更受关注，被作为一种广泛使用的抗菌剂。ZnO在使用过程中，金属离子会从抗菌剂中慢慢游离出来，具有抑菌效果的锌离子被缓慢释放，破坏了微生物正常的能量代谢，阻止了病原菌的繁殖。另一方面，具有抑菌效果的金属离子还会与蛋白质、核酸的部分官能团发生反应，甚至进入微生物细胞与生物酶进行反应，阻碍细菌正常的生化作用及生理功能。L-半胱氨酸是一种生物体内常见的氨基酸。存在于许多蛋白质、谷胱甘肽中，与Ag+，Hg+，Cu+等金属离子可形成不溶性的硫醇盐。即R —S-M7 ,R-S-M77-S-Rd7，M〃各为I价、2价金属)。综上，添加纳米氧化锌，通过季铵化壳聚糖和L-半胱氨酸共同稳定纳米氧化锌，达到多重抗菌作用。
[0004]因而，本文发明了一种基于季铵化壳聚糖杂化胶束的纳米抗菌涂层制备方法。该制备方法将具有抗菌性的天然大分子季铵化壳聚糖，L-半胱氨酸和纳米氧化锌通过自组装的方法组装成胶束，达到双重抗菌的作用，操作步骤简便，实用性及适用性强，属于独创性发明。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供了一种基于季铵化壳聚糖杂化胶束的纳米抗菌涂层制备方法。该方法操作简便，条件温和、适用范围广，即通过电泳沉积技术，利用季铵化壳聚糖，L-半胱氨酸和纳米氧化锌为基元，通过PH诱导在水相中自组装制备杂化胶束，再以杂化胶束溶液为电解液，通过电泳沉积技术在医用金属表面电诱导胶束成膜，得到基于季铵化壳聚糖杂化胶束的纳米抗菌涂层。
[0006]本发明的另一目的还在于可以通过控制杂化胶束溶液的浓度及电沉积工艺条件，对纳米抗菌涂层的性能进行调控。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]—种基于季铵化壳聚糖杂化胶束的纳米抗菌涂层制备方法，其操作步骤为:
[0009](I)杂化胶束溶液的制备:称取适量季铵化壳聚糖溶解于I %的冰醋酸水溶液得到季铵化壳聚糖溶液，将L-半胱氨酸溶于水中形成半胱氨酸溶液，将制备的两种溶液混合，再添加一定量的固体纳米氧化锌，持续搅拌，待混合均匀之后，调节上述混合溶液的PH值，促使季铵化壳聚糖与L-半胱氨酸和纳米氧化锌发生自组装，继续搅拌适当时间，固定杂化胶束形貌，得到杂化胶束溶液；
[0010](2)纳米抗菌涂层的制备:将医用金属依次在丙酮和无水乙醇中超声清洗10?15min，室温晾干备用，然后以医用金属为阴极，铂片电极为阳极，以步骤(I)制备的杂化胶束溶液为电解液，通过电泳沉积技术，在医用金属表面制备纳米抗菌涂层。
[0011 ]步骤(I)中所制备的季铵化壳聚糖溶液浓度为I?5mg/mL，L-半胱氨酸溶液的浓度为I?4mg/mL，季铵化壳聚糖溶液与L-半胱氨酸溶液的体积比1:1?1:3，纳米氧化锌的含量
0.8mg/mL?3mg/mL，季钱化壳聚糖分子链和L-半胱氨酸分子之间具有静电和氢键作用，L-半胱氨酸与纳米氧化锌之间是巯基与金属Zn2+之间的作用。混合溶液的pH值调控范围为4?9，继续搅拌时间为10?30min，所制备的杂化胶束具有pH敏感响应性、离子敏感响应性，胶束尺寸在20?800nm之间，且胶束表面带正电。
[0012]步骤(2)中医用金属选自钛及钛合金、316L不锈钢、钴基合金;胶束电解液的浓度为3?50mg/mL。所制备的纳米抗菌涂层的厚度为1nm?30μηι，所制备的纳米抗菌涂层具有优异的生物可降解性、细胞相容性及抗菌性能。
[0013]本发明的有益效果:本发明创新性的以季铵化壳聚糖，L-半胱氨酸和纳米氧化锌为基元，在水相中自组装制备杂化胶束，通过电泳沉积技术在医用金属表面电诱导胶束成膜，制备兼具生物可降解性、细胞相容性及抗菌性能的纳米涂层材料，操作步骤简便，材料来源丰富，实验成本低，实用性及适用性强。
【附图说明】
[0014]图1是实施例1中杂化胶束溶液的数码照片及胶束TEM形貌图；
[0015]图2是实施例2中纳米抗菌涂层的SEM形貌图；
[0016]图3是实施例3中基材表面粘附细菌的荧光显微镜图片。
【具体实施方式】
[0017]以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于此。
[0018]实施例1
[0019]—种基于季钱化壳聚糖杂化胶束的纳米抗菌涂层制备方法，具体制备步骤如下:
[0020](I)杂化胶束溶液的制备:将季铵化壳聚糖溶于I %的冰醋酸水溶液，形成3mg/mL的季铵化壳聚糖溶液，将L-半胱氨酸溶于水中形成3mg/mL的L-半胱氨酸溶液，将制备的两种溶液等体积混合，添加一定的纳米氧化锌，使得纳米氧化锌浓度为0.8mg/mL，持续搅拌，待混合均匀之后，调节上述混合溶液的pH=6，促使季铵化壳聚糖与小分子L-半胱氨酸及纳米氧化锌发生自组装，继续搅拌1min，固定杂化胶束形貌，得到杂化胶束溶液，样品的数码照片及干态下形貌图如附图1所示。
[0021](2)纳米抗菌涂层的制备:首先将钛合金，依次用丙酮和无水乙醇对其进行超声清洗lOmin，再将上述预处理后的钛合金作为阴极浸入步骤(I)所制备的杂化胶束溶液中，采用阴极电泳沉积技术，使荷正电的胶束粒子向医用金属表面泳动并沉积成胶束膜，得到基于季铵化壳聚糖杂化胶束的纳米抗菌涂层。
[0022]实施例2
[0023]—种基于季铵化壳聚糖杂化胶束的纳米抗菌涂层制备方法，具体操作步骤如下:
[0024](I)杂化胶束溶液的制备:将季铵化壳聚糖溶于I %的冰醋酸水溶液，形成3mg/mL的季铵化壳聚糖溶液，将L-半胱氨酸溶于水中形成5mg/mL的L-半胱氨酸溶液，将制备的两种溶液按体积比I: 2混合，添加一定的纳米氧化锌，使得纳米氧化锌浓度为1.0mg/mL，持续搅拌，待混合均匀之后，调节上述混合溶液的pH = 7，促使季铵化壳聚糖与小分子L-半胱氨酸及纳米氧化锌发生自组装，继续搅拌20min，固定杂化胶束形貌，得到杂化胶束溶液。
[0025](2)纳米抗菌涂层的制备:首先将钴基合金，依次用丙酮和无水乙醇对其进行超声清洗lOmin，再将上述预处理后的钴基合金作为阴极浸入步骤(I)所制备的杂化胶束装胶束溶液中，采用阴极电泳沉积技术，使荷正电的胶束粒子向医用金属表面泳动并沉积成胶束膜，得到基于季铵化壳聚糖杂化胶束的纳米抗菌涂层，涂层的SEM形貌图如附图2所示。
[0026]实施例3
[0027]—种基于季铵化壳聚糖杂化胶束的纳米抗菌涂层制备方法，具体操作步骤如下:
[0028](I)杂化胶束溶液的制备:将季铵化壳聚糖溶于I %的冰醋酸水溶液，形成5mg/mL的季铵化壳聚糖溶液，将L-半胱氨酸溶于水中形成3mg/mL的L-半胱氨酸溶液，将制备的两种溶液按体积比I: 3混合，添加一定的纳米氧化锌，使得纳米氧化锌浓度为3mg/mL，持续搅拌，待混合均匀之后，调节上述混合溶液的pH = 8，促使季铵化壳聚糖与小分子L-半胱氨酸及纳米氧化锌发生自组装，继续搅拌30min，固定杂化胶束形貌，得到杂化胶束溶液。
[0029](2)纳米抗菌涂层的制备:首先将316L不锈钢，依次用丙酮和无水乙醇对其进行超声清洗15min，再将上述预处理后的316L不锈钢作为阴极浸入步骤(I)所制备的杂化胶束溶液中，采用阴极电泳沉积技术，使荷正电的胶束粒子向医用金属表面泳动并沉积成胶束膜，得到基于季铵化壳聚糖杂化胶束的纳米抗菌涂层良好的抗菌性能如附图3示。
[0030]上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本明的保护范围。
【主权项】
1.一种基于季铵化壳聚糖杂化胶束的纳米抗菌涂层制备方法，其操作步骤为: (1)杂化胶束溶液的制备:称取适量季铵化壳聚糖溶解于I%的冰醋酸水溶液得到季铵化壳聚糖溶液，将L-半胱氨酸溶于水中形成半胱氨酸溶液，将制备的两种溶液混合，再添加一定量的固体纳米氧化锌，持续搅拌，待混合均匀之后，调节上述混合溶液的PH值，促使季铵化壳聚糖与L-半胱氨酸和纳米氧化锌发生自组装，继续搅拌适当时间，固定杂化胶束形貌，得到杂化胶束溶液； (2)纳米抗菌涂层的制备:将医用金属依次在丙酮和无水乙醇中超声清洗10?15min，室温晾干备用，然后以医用金属为阴极，铂片电极为阳极，以步骤(I)制备的杂化胶束溶液为电解液，通过电泳沉积技术，在医用金属表面制备纳米抗菌涂层。2.根据权利要求1所述的一种基于季铵化壳聚糖杂化胶束的纳米抗菌涂层制备方法，其特征在于，步骤(I)中所制备的季铵化壳聚糖溶液浓度为I?5mg/mL，L-半胱氨酸溶液的浓度为I?4mg/mL，季铵化壳聚糖溶液与L-半胱氨酸溶液的体积比1:1?1:3，纳米氧化锌的含量0.8mg/mL?3mg/mL，季钱化壳聚糖分子链和L-半胱氨酸分子之间具有静电和氢键作用，L-半胱氨酸与纳米氧化锌之间是巯基与金属Zn2+之间的作用。3.根据权利要求1所述的一种基于季铵化壳聚糖杂化胶束的纳米抗菌涂层制备方法，其特征在于，步骤(I)中混合溶液的pH值调控范围为4?9，继续搅拌时间为10?30min，所制备的杂化胶束具有pH敏感响应性、离子敏感响应性，胶束尺寸在20?800nm之间，且胶束表面带正电。4.根据权利要求1所述的一种光敏季铵化壳聚糖抗菌涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中医用金属选自钛及钛合金、316L不锈钢、钴基合金;胶束电解液的浓度为3?50mg/mLo5.根据权利要求1所述的一种基于季铵化壳聚糖杂化胶束的纳米抗菌涂层制备方法，其特征在于，步骤(2)中所制备的纳米抗菌涂层的厚度为I Onm?30μηι，所制备的纳米抗菌涂层具有优异的生物可降解性、细胞相容性及抗菌性能。
【文档编号】A61L27/34GK105999409SQ201610576874
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月20日
【发明人】刘晓亚, 石甜甜, 孙家娣, 朱叶, 顾瑶, 孟龙
【申请人】江南大学