专利名称：一种大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜及其制备方法
技术领域：
本发明属于纳米材料、抗菌材料技术领域，具体涉及一种大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜及其制备方法。
背景技术：
抗菌材料是指能够杀灭或妨碍微生物生长繁殖及其活性的一类功能材料。随着科技发展及人们对健康生活的要求越来越高，抗菌技术和抗菌材料受到了越来越广泛的关注。目前比较常用的抗菌材料包括无机系和有机系两大类。无机系主要指的是各类金属粒子及其盐类等，主要包括金属基材料、天然矿物、碳纤维等；有机系的主要品种有季胺盐类、双胍类、醇类、酚类、吡啶类、咪唑类、卤胺类等。无机抗菌材料与有机抗菌材料相比,具有 广谱、耐久、安全的特点，其中银系抗菌材料已成为目前应用最广泛的无机抗菌材料。银系抗菌材料具有悠久的历史，在古罗马甚至更早的时代人们就开始使用银器存放食物防止腐败，但普通银制剂杀菌力不强，抗菌谱也不广，纳米技术的出现，突破了普通银制剂杀菌力弱的瓶颈。纳米银是以纳米技术为基础研制而成的新型产品，在电学、光学和催化等方面具有十分优异的特性。同时由于表面效应、体积效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应，纳米银具有传统银系抗菌材料无法比拟的抗菌效果，极少量的纳米银即可使微生物包括细菌、真菌、酵母菌等的生长和繁殖保持较低的水平，且效力持久。基于此，纳米银抗菌材料具有非常广泛的应用前景，包括各种抗菌服饰，抗菌药物，儿童玩具，个人护理用品等。纳米银的制备可分为直接法和间接法两类。直接制备法主要是物理制备法，有激光消融法、微波还原法、溅射法和机械研磨法等方法，但物理制备法对仪器设备要求较高，生产费用昂贵。间接制备法可分为化学还原法和生物还原法。化学还原法是向银的前驱体中加入一定量的还原剂，如硼氢化钠、柠檬酸钠、水合肼、抗坏血酸等，将前驱体还原为单质银，单质银进一步生长为银颗粒。银粒子易团聚，因此常需加入一定量的稳定剂或分散剂，如聚乙二醇、硫醇类衍生物、苯胺、长链胺、表面活性剂等来降低银颗粒的团聚。但是常用化学法所用的化学试剂在一定程度上对人体或环境都有危害，有的稳定剂或分散剂甚至有致癌性。因此，低消耗、低污染的生物还原法就受到了越来越多的关注。该方法一类是利用微生物的生物活性还原金属离子，另一类是利用天然材料本身含有的还原性物质还原金属离子。基于后者，越来越多的人致力于选择一种具有良好生物相容性的天然材料，并采用简单、绿色的方法来制备纳米银。本发明采用绿色天然的大豆分离蛋白为基质，利用大豆分离蛋白中的酪氨酸在碱性条件下优良的还原性，将银的前驱体还原为银单质；同时由于大豆分离蛋白表面丰富的氨基、羧基等基团对银具有良好的亲和能力，使得生成的纳米银粒子可以长时间稳定，从而得到稳定的大豆分离蛋白-纳米银复合物。最后利用大豆分离蛋白优异的成型性能，制备得到具有高效、广谱、持久的抗菌效果的大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜。在整个制备过程中大豆分离蛋白同时作为还原剂和稳定剂，无需添加任何其他化学试剂，绿色无毒，简单方便，易于操作。同时，大豆分离蛋白来源广泛、成本低廉、生物相容性好，因此该制备大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜的方法具有相当的可行性和实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备过程简单、节能环保、具有良好抗菌性能的大豆分离蛋白-银纳米粒子抗菌复合膜及其制备方法。本发明所提供的大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜的制备方法，具体可以分为2种
(一)大豆分离蛋白原位还原硝酸银制备纳米银，并进一步制备大豆分离蛋白-纳米银 抗菌复合膜，具体步骤如下
(1)制备质量浓度为O.25飞％的大豆分离蛋白水溶液，搅拌下逐滴加入氢氧化钠，调节溶液pH至9 12 ；
(2)搅拌下向步骤(I)所得溶液中加入硝酸银，得到硝酸银浓度为2 50mmol/L的混合液，继续搅拌25 40 min ；
(3)将步骤(2)得到的混合溶液暴露在太阳光或者模拟太阳光下，光照作用时间为
O.5^24 h，得到均匀的大豆分离蛋白-纳米银混合溶液；
(4)将步骤(3)得到的大豆分离蛋白-纳米银混合溶液加入到质量分数为f6%的大豆分离蛋白溶液中，控制银的加入量为大豆分离蛋白用量的O. 05 2%，然后制备成大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜。(二)制备大豆分离蛋白膜，并利用大豆分离蛋白膜原位还原硝酸银来制备大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜，具体步骤如下
(1)制备质量浓度为O.25飞％的大豆分离蛋白水溶液，搅拌下逐滴加入氢氧化钠，调节溶液pH至9-12，然后制备大豆分离蛋白膜；
(2)将步骤(I)得到的大豆分离蛋白膜浸泡在浓度为疒50mg/mL的硝酸银溶液中，浸泡时间为O. 5-5 h ；
(3)将步骤(2)得到的浸泡有硝酸银溶液的大豆分离蛋白膜暴露在太阳光或者模拟太阳光下，光照作用时间为O. 5^24 h，然后用去离子水洗涤4飞次，室温晾干，得到大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜。上述方法的具体操作步骤如下
I.一种大豆分离蛋白原位还原硝酸银制备纳米银，并进一步制备大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜的方法将10 g大豆分离蛋白粉末溶解于100 g盐酸胍和25 mg 二硫苏糖醇的水溶液中，在pH = 11的氢氧化钠水溶液中透析72小时后，再用去离子水透析至接近中性。采用9000 r/min的速度离心10分钟除去极少量的不溶物，得到质量浓度为2%左右的大豆分离蛋白水溶液，然后通过浓缩或者去离子水稀释得到质量浓度为O. 25 6%的大豆分离蛋白水溶液。搅拌下逐滴滴加氢氧化钠调节大豆分离蛋白溶液PH至扩12，然后加入不同量的硝酸银固体得到硝酸银浓度为2 50 mmol/L的大豆分离蛋白-硝酸银混合液，继续搅拌混合30 min。将该混合溶液暴露在太阳光或者模拟太阳光下照射O. 5^24 h，得到均匀的大豆分离蛋白-纳米银混合溶液。将所得混合液加入到质量分数为1飞％的大豆分离蛋白溶液中，控制银的加入量为大豆分离蛋白用量的O. 05 2%，然后将该大豆分离蛋白-纳米银混合溶液浇铸成膜，室温干燥。所制得的膜在60 °(水浴条件下交联I h (交联液为环氧氯丙烷体积浓度为1%、乙醇体积浓度为70%的水溶液)，然后将膜用去离子水洗涤5次以去除未反应的硝酸银、环氧氯丙烷，室温干燥，即可制得大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜。2. 一种制备大豆分离蛋白膜,然后利用大豆分离蛋白膜原位还原硝酸银制备大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜的方法将10 g大豆分离蛋白粉末溶解于100 g盐酸胍和25 mg 二硫苏糖醇的水溶液中，在pH = 11的氢氧化钠水溶液中透析72小时后，再用去离子水透析至接近中性。采用9000 r/min的速度离心10分钟除去极少量的不溶物得到质量浓度为2%左右的大豆分离蛋白水溶液，然后通过浓缩或者去离子水稀释得到质量浓 度为0.25飞％的大豆分离蛋白水溶液。逐滴滴加氢氧化钠溶液调节大豆分离蛋白溶液pH至扩12，将该混合溶液浇铸成膜，室温干燥。将制得的膜60 °(水浴条件下交联I h (交联液为环氧氯丙烷体积浓度为1%、乙醇体积浓度为70%的水溶液)，将膜用去离子水洗涤5次以去除未反应的硝酸银、环氧氯丙烷，室温干燥，制得大豆分离蛋白膜。然后将大豆分离蛋白膜浸泡在浓度为疒50 mg/mL的硝酸银溶液中，浸泡O. 5 5 h ;把得到的浸泡有硝酸银溶液的大豆分离蛋白膜暴露在太阳光或者模拟太阳光下，光照作用时间为O. 5^24 h ;取出用去离子水洗涤5次，常温晾干，得到大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜。与现有技术相比，本发明具有如下特点
大豆分离蛋白同时作为硝酸银的还原剂和纳米银的稳定剂，无需外加其他化学试剂，污染少。所需光照条件可以是太阳光或者模拟太阳光照，方便易得。反应条件温和，无需高温高压等苛刻条件，节能效果好。所制备纳米银粒径小(5-7 nm左右)、粒径分布均匀。小的粒径拥有更高的比表面积，也就意味着更高的抗菌活性和更低的用量。纳米银稳定性好，放置半年仍可以保持良好的分散性，并可以与多种试剂互溶，因此有更广泛的应用领域。大豆分离蛋白作为膜材料基质，生物相容性和生物降解性好。抗菌高效性。银质量浓度为1%的材料2 h内杀菌率可达到99. 9%以上。抗菌广谱性。所制备抗菌材料对于革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌均显示了优异的抗性。
具体实施例方式以下利用实施例进一步详细说明本发明，但不能认为是限定发明的范围。实施例I :取质量浓度为O. 25%的大豆分离蛋白溶液5 mL，搅拌下逐滴滴加氢氧化钠调节其PH至10，滴加硝酸银溶液，得到硝酸银浓度为25 mmol/L的大豆分离蛋白-硝酸银混合液，搅拌30 min使硝酸银与大豆分离蛋白充分混合，将该混合溶液暴露在太阳光下光照2 h。得到大豆分离蛋白-纳米银混合液。将所得混合液加入到质量分数为6%的大豆分离蛋白溶液中，控制银的加入量为大豆分离蛋白用量的O. 1%，搅拌10 min，使之充分混合，然后将其浇铸于成膜容器中，在室温下干燥成膜。将制得的膜60 °C水浴条件下交联I h (交联液为环氧氯丙烷体积浓度为1%、乙醇体积浓度为70%的水溶液)，然后将膜用去离子水中洗涤5次以去除未反应的硝酸银、环氧氯丙烷，室温晾干，即可制得大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜。按照抗菌实验标准方法进行操作，制备大肠杆菌悬浮液；将其接种到上述所得大豆分离蛋白-纳 米银抗菌复合膜表面，作用2 h后，将菌液连同抗菌膜转移到25 mL PBS缓冲液中，稀释、涂板，37 °C生物培养箱中培养24 h后计数。结果表明，所得大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜接触抗菌时在2 h内对大肠杆菌的杀菌率可达到80%以上。实施例2 :取质量浓度为O. 5%的大豆分离蛋白溶液5 mL，搅拌下逐滴滴加氢氧化钠调节其PH至10，滴加硝酸银溶液，得到硝酸银浓度为25 mmol/L的大豆分离蛋白-硝酸银混合液，搅拌30 min使硝酸银与大豆分离蛋白充分混合,将该混合溶液暴露在100 W的白炽灯下光照4 h。将所得混合液加入到质量分数为2%的大豆分离蛋白溶液中，控制银的加入量为大豆分离蛋白用量的1%，搅拌30 min，使之充分混合，然后将其浇铸于成膜容器中，在室温下干燥成膜。将制得的膜60 °(水浴条件下交联I h (交联液为环氧氯丙烷体积浓度为1%、乙醇体积浓度为70%的水溶液)，然后将膜用去离子水中洗涤5次以去除未反应的硝酸银、环氧氯丙烷，室温晾干，即可制得大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜。按照抗菌实验标准方法进行操作，制备金黄色葡萄球悬浮液；将其接种到上述所得大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜表面，作用2 h后，将菌液连同抗菌膜转移到25 mLPBS缓冲液中，稀释、涂板，37 °C生物培养箱中培养24 h后计数。结果表明，所得大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜接触抗菌时在2 h内对金黄色葡萄球菌的杀菌率可达到99. 9%。实施例3 :取质量浓度为4%的大豆分离蛋白溶液10 mL，搅拌下逐滴滴加氢氧化钠调节其PH至11，将该大豆分离蛋白水溶液浇铸于成膜容器中，在室温下干燥成膜。所制得的膜在60 °(水浴条件下交联I h (交联液为环氧氯丙烷体积浓度为1%、乙醇体积浓度为70%的水溶液)，然后将膜用去离子水洗涤5次以去除未反应的环氧氯丙烷后，室温下干燥。然后将该大豆分离蛋白膜浸泡在浓度为25 mg/mL的硝酸银溶液中静置2 h，随后将整个反应体系暴露在太阳光下照射12 h。将其取出，用去离子水洗涤5次以去除未反应的硝酸银后，室温下干燥，即可制得大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜。按照抗菌实验标准方法进行操作，制备金黄色葡萄球菌悬浮液；将其接种到上述所得大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜表面，作用12 h后，将菌液连同抗菌膜转移到25 mLPBS缓冲液中，稀释、涂板，37 °C生物培养箱中培养24 h后计数。结果表明，所得大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜接触抗菌时在2 h内对金黄色葡萄球菌的杀菌率达到90%，在12h内可达到99. 9%ο实施例4 :取质量浓度为6%的大豆分离蛋白溶液8 mL,搅拌下逐滴滴加氢氧化钠调节其PH至12，将该大豆分离蛋白水溶液浇铸于成膜容器中，在室温下干燥成膜。所制得的膜在60 °(水浴条件下交联I h (交联液为环氧氯丙烷体积浓度为1%、乙醇体积浓度为70%的水溶液)，然后将膜用去离子水洗涤5次以去除未反应的环氧氯丙烷后，室温下干燥。然后将该大豆分离蛋白膜浸泡在浓度为50 mg/mL的硝酸银溶液中静置4 h，随后将整个反应体系暴露在100 W的白炽灯下照射24 h。将其取出，用去离子水洗涤5次以去除未反应的硝酸银后，室温下干燥，即可制得大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜。按照抗菌实验标准方法进行操作，制备大肠杆菌悬浮液；将其接种到上述所得大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜表面，作用2 h后，将菌液连同抗菌膜转移到25 mL PBS缓冲液中，稀释、涂板，37 °C生物培养箱中培养24 h后计数。结果表明，所得大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜接触抗菌时在2 h内对大肠杆菌的杀菌率可达到99. 9%。实施例5 :取质量浓度为2%的大豆分离蛋白溶液5 mL，搅拌下逐滴滴加氢氧化钠调节其PH至10，滴加硝酸银溶液，得到硝酸银浓度为25 mmol/L的大豆分离蛋白-硝酸银混合液，搅拌30 min使硝酸银与大豆分离蛋白充分混合,将该混合溶液暴露在太阳光下光照4 h。得到大豆分离蛋白-纳米银混合液。将所得混合液加入到质量分数为3%的大豆分离蛋白溶液中，控制银的加入量为大豆分离蛋白用量的O. 1%，搅拌10 min，使之充分混合，然后将其浇铸于成膜容器中，在室温下干燥成膜。将制得的膜60 °(水浴条件下交联Ih(交联液为环氧氯丙烷体积浓度为1%、乙醇体积浓度为70%的水溶液)，然后将膜用去离子水中洗涤5次以去除未反应的硝酸银、环氧氯丙烷，室温晾干，即可制得大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜。按照抗菌实验标准方法进行操作，制备金黄色葡萄球菌悬浮液；将大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜浸于30 mL细菌培养液中，置于振荡器中振荡(200 r/min) 2 h后，稀释、涂板，37 °C生物培养箱中培养24 h后计数。结果表明，所得大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜振荡抗菌时在2 h内对金黄色葡萄球菌的杀菌率可达到99. 9%。实施例6 :取质量浓度为6%的大豆分离蛋白溶液10 mL，搅拌下逐滴滴加氢氧化钠调节其PH至10，，将该大豆分离蛋白水溶液浇铸于成膜容器中，在室温下干燥成膜。所制得的膜在60 °(水浴条件下交联I h (交联液为环氧氯丙烷体积浓度为1%、乙醇体积浓度为70%的水溶液)，然后将膜用去离子水洗涤5次以去除未反应的环氧氯丙烷后，室温下干燥。然后将该大豆分离蛋白膜浸泡在浓度为50 mg/mL的硝酸银溶液中静置5 h，随后将整 个反应体系暴露在太阳光下照射12 h。将其取出，用去离子水洗涤5次以去除未反应的硝酸银后，室温下干燥，即可制得大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜。按照抗菌实验标准方法进行操作，制备大肠杆菌菌悬浮液；将大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜浸于30 mL细菌培养液中，置于振荡器中振荡(200 r/min)2 h后，稀释、涂板，37 °C生物培养箱中培养24 h后计数。结果表明，所得大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜振荡抗菌时在2 h内对大肠杆菌的杀菌率可达到99. 9%。
权利要求
1.一种大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜的制备方法，分为2种 (一)大豆分离蛋白原位还原硝酸银制备纳米银，并进一步制备大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜，具体步骤如下 (1)制备质量浓度为O.25飞％的大豆分离蛋白水溶液，搅拌下逐滴加入氢氧化钠，调节溶液pH至9 12 ； (2)搅拌下向步骤(I)所得溶液中加入硝酸银，得到硝酸银浓度为2 50mmol/L的混合液，继续搅拌25 40 min ； (3)将步骤(2)得到的混合溶液暴露在太阳光或者模拟太阳光下，光照作用时间为O.5^24 h，得到均匀的大豆分离蛋白-纳米银混合溶液； (4)将步骤(3)得到的大豆分离蛋白-纳米银混合溶液加入到质量分数为1%_6%的大豆分离蛋白溶液中，控制银的加入量为大豆分离蛋白用量的O. 059Γ2%，然后制备成大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜； (二)制备大豆分离蛋白膜，并利用大豆分离蛋白膜原位还原硝酸银来制备大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜，具体步骤如下 (1)制备质量浓度为O.25-6%的大豆分离蛋白水溶液，搅拌下逐滴加入氢氧化钠调节溶液pH至9-12，然后制备大豆分离蛋白膜； (2)将步骤(I)得到的大豆分离蛋白膜浸泡在浓度为疒50mg/mL的硝酸银溶液中，浸泡时间为O. 5-5 h ； (3)将步骤(2)得到的浸泡有硝酸银溶液的大豆分离蛋白膜暴露在太阳光或者模拟太阳光下，光照作用时间为O. 5^24 h ;用去离子水洗涤4-6次，室温晾干；得到大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜。
2.一种如权利要求I所述的制备方法得到的大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合材料。
3.如权利要求2所述的大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合材料在食品包装、卫生用品、医用材料中的应用。
全文摘要
本发明属于纳米材料、抗菌材料技术领域，具体为一种大豆分离蛋白-纳米银抗菌复合膜及其制备方法。本发明将大豆分离蛋白与硝酸银溶液混合后，先在太阳光或模拟太阳光照射下将银的前躯体原位还原成银纳米粒子，然后再制备成复合膜材料；或先将大豆分离蛋白制备膜材料，将其浸泡在硝酸银水溶液中，然后在太阳光或模拟太阳光照射下将银的前躯体原位还原银纳米粒子。本发明中大豆分离蛋白同时作为材料基体以及银离子的还原剂和纳米银稳定剂，无需添加其它化学试剂，制备过程简单、节能环保；制备得到的复合膜具有高效、广谱、持久的抗菌效果，适用于食品包装、卫生用品、日常用品、医用材料等领域。
文档编号C08K3/08GK102816440SQ20121033183
公开日2012年12月12日 申请日期2012年9月10日 优先权日2012年9月10日
发明者陈新, 赵珊, 姚晋荣, 费翔, 邵正中 申请人:复旦大学