專利名稱：一種殺菌納米銀水凝膠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬涉及一種納米凝膠的制備方法，具體涉及一種粒徑分布均勻、特性穩(wěn)定的納米銀水凝膠及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著抗生素、消毒劑和殺菌劑等化學(xué)藥物的大量使用，由耐藥性引起的微生物變異種群越來越多。納米銀作為無機抗菌材料，可以有效地殺滅細菌、真菌、支原體等致病微生物，具有其他抗菌材料無法比擬的抗菌活性。納米銀具有抗菌廣譜性、高效性、效力持久、不受PH值影響、安全環(huán)保等優(yōu)點，被越來越多的認識，成為理想的抗菌材料。通常情況下，水凝膠是將具有網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)的水溶性高分子中引入一部分疏水基團和親水殘基，親水殘基與水分子結(jié)合，將水分子連接在網(wǎng)狀內(nèi)部形成。目前水凝膠主要是由親水性高分子網(wǎng)絡(luò)體系包括多糖類(淀粉、纖維素、海藻酸、透明質(zhì)酸、殼聚糖等)、多肽類(膠原、聚L-賴氨酸、聚L-谷胺酸等)和合成聚乙烯、丙烯酸衍生物(聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚N-聚代丙烯酰胺等)構(gòu)成。由于具有優(yōu)良的生物兼容性和醫(yī)藥領(lǐng)域巨大應(yīng)用潛力，蛋白質(zhì)和多肽類水凝膠成為近年來的研究熱點。如(Zohuriaan-Mehr,M. J. ,Pourjavadi, A. , Salimi,H. &Kurdtabar,M. Protein-and homo poly (amino acid)-based hydrogels with super-swellingproperties. Polym Advan Technol,2009,20,655-671.)、(Seliktar, D. DesigningCell-Compatible Hydrogels for Biomedical Applications. Science,2012,336,1124-1128.)等多篇論文在詳細研究并總結(jié)了蛋白質(zhì)和多肽形成水凝膠的條件。近年來，科學(xué)家們通過簡化并優(yōu)化多肽結(jié)構(gòu)，由寡肽甚至兩個氨基酸連接的二肽制備出了的非共價水凝膠，并應(yīng)用于體外抗菌藥物可控釋放等領(lǐng)域。(Salick, D. A. , Kretsinger, J. K.,Pochan, D. J. &Schneider, J. P. Inherent antibacterial activity of a peptide-basedbeta-hairpin hydrogel. J Am Chem Soc，2007，129，14793-14799. )、(Liang, G.L.etal. Supramolecular Hydrogel of a D-Amino Acid Dipeptide for ControlledDrug Release in Vivo.Langmuir,2009,25,8419-8422. )> (Ryan, D.M.&Nilsson,B. L. Self-assembled amino acids and dipeptides as noncovalent hydrogels fortissue engineering. Polym Chem-Uk. 2012, 3,18-33.) 同時也有科學(xué)家在不斷探索二肽水凝膠的構(gòu)成條件，如(Pasc, A. , Akong, F. 0. , Cosgun, S. &Gerardin, C. Differencesbetween beta—Ala and Gly-Gly in the design of amino acids—based hydrogels.Beilstein J Org Chem，2010，6，973-977.)、(Johnson, E. K. , Adams, D. J. &Cameron,P. J. Directed Self-Assembly of Dipeptides to Form Ultrathin Hydrogel Membranes.J Am Chem Soc，2010，132，5130-5136.)。將廣譜抗菌的納米銀制備成為水凝膠在醫(yī)藥領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊的應(yīng)用前景。從目前國際和國內(nèi)所發(fā)表的研究論文和申請的發(fā)明專利可以看出，基本策略是先在高溫液相條件下還原銀離子制備納米銀顆粒，然后將合成好的納米銀添加到可以制備水凝膠的高分子凝膠劑中，如(Roy, S. &Baner jee，A. Amino acid based smart hydrogel !formation,characterization and fluorescence properties of silver nanoclusters withinthe hydrogel matrix. Soft Matter,2011,7,5300-5308.)、(Shen, J. S. &Xu, B. In situencapsulating silver nanocrystals into hydrogels, k" green" signaling platformfor thiol-containing amino acids or small peptides. Chem Commun,2011,47,2577-2579·)、( “殼聚糖納米銀水凝膠劑及其應(yīng)用”，專利申請?zhí)枮?200810016256. 6)和(“一種納米銀婦用抗菌凝膠及其制備方法”，專利申請?zhí)?00810123375. I)等。以上方法需要多步合成，在制作時需要加入大量的還原劑、穩(wěn)定劑、高分子凝膠劑等，增加了制作工藝、原材料以及成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用原料少、制作工藝簡單、抑菌效果好、且制得的膠粒徑分布范圍窄、均勻的納米銀水凝膠及其制備方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明專利制作步驟如下 第一步以硝酸銀和半胱氨酸為原料溶解于純水中制備半胱氨酸-銀離子配合物；第二步將該配合物溶液作為前體，利用紫外光輻照產(chǎn)生的水化電子和自由基對前體溶液中銀離子進行還原制備納米銀溶膠；半胱氨酸通過巰基與銀作用來包被納米銀；半胱氨酸的氨基與羧酸作為親水殘基網(wǎng)絡(luò)水分子形成水凝膠，從而制得納米銀水凝膠。所述的半胱氨酸包括D型、L型兩者中的一種，或者D型與L型的混合。所述的形成水凝膠的濃度條件為半胱氨酸質(zhì)量占水凝膠總質(zhì)量的0. 1%_0. 15%。所述的硝酸銀與半胱氨酸的摩爾濃度比為I. 5 I。所述的紫外光，優(yōu)選100瓦高壓汞燈輻照。所述的輻照時間為2. 5h。本發(fā)明專利與現(xiàn)有的納米銀水凝膠制備方法相比，具有以下優(yōu)點(I)制備原料少在本發(fā)明中前體溶液中半胱氨酸用做銀離子的絡(luò)合劑；銀離子被還原后半胱氨酸的巰基與納米銀結(jié)合作為納米銀的穩(wěn)定劑；凝膠化過程中半胱氨酸的親水性氨基和羧基作為網(wǎng)絡(luò)水分子的結(jié)合劑。(2)制備方法簡單制備只需紫外燈即可，設(shè)備的要求不高，容易實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。(3)抑菌效果好、穩(wěn)定性好制得的納米銀粒徑分布范圍窄、均勻，形狀規(guī)則呈圓球形；納米銀水凝膠在空氣中暴露一年無明顯變化，抑菌用量少，抑菌效果好。本發(fā)明利用紫外光下照射下溶液生成具有還原性的e# ·0Η、· H以及次級自
由基將銀離子還原成銀原子，即Ag++ Q-JR-=Ag0,制備納米銀；利用具有三個功能基團(-SH，-NH2, -C00H)的半胱氨酸，利用其-SH與貴金屬銀的相互作用功能化納米銀顆粒；利用-NH2和-C00H形成的氫鍵網(wǎng)絡(luò)鎖水形成水凝膠。本發(fā)明專利具有采用原料少、產(chǎn)率高、能耗小、無污染、操作簡單等優(yōu)點。


圖I是制得的納米銀水凝膠的透射電鏡(TEM)照片。圖2是制得的納米銀的能量散射X射線(EDX)光譜圖。圖3是制得的納米銀的X射線衍射(XRD)圖。圖4是半胱氨酸與半胱氨酸穩(wěn)定納米銀的傅立葉紅外(FTIR)對比圖。圖5納米銀水凝膠對大腸桿菌(E. coli)與金黃色葡萄球菌(S. aureus)的抑菌圖。圖6納米銀水凝膠對大腸桿菌與金黃色葡萄球菌的生長抑制曲線。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。實施例I :在室溫條件下，將O. 12g半胱氨酸溶解于IOOmL雙蒸水中，形成摩爾濃度為O. 01mol/L的半胱氨酸溶液；將O. 17g硝酸銀溶于IOmL雙蒸水，形成摩爾濃度為O. Imol/L的硝酸銀溶液；取IOmL半胱氨酸溶液和I. 5mL硝酸銀溶液混合均勻，使其摩爾比為
I: 1.5。將混合后的溶液放置在100W自鎮(zhèn)流熒光高壓汞下照射2. 5h，從而制得納米銀水凝膠。實施例2 本實施例為對實施例I中銀納米抑菌材料的結(jié)構(gòu)表征，具體如下采用Tecnai G2F20 S-Twin 200 KV場發(fā)射透射電子顯微鏡測定納米銀水凝膠中銀納米顆粒的形貌和元素組成進行表征，結(jié)果如TEM照片(附圖I)和EDX能譜圖(附圖2)。樣品制備是將納米銀水凝膠溶于超純水中，無水乙醇沉淀后分散在TEM銅網(wǎng)上。由TEM圖可以看出，納米銀的粒徑在5-10nm之間，顆粒大小比較均勻，樣品中主要含有Ag、S、C、O四種元素。X-射線衍射(附圖3)測得樣品的特征衍射峰的2 Θ值依次為38. 2°、44. 4° ,64. 5° ,77. 5°，顯示的衍射晶面分別為(111)、(200)、(220)和(311)與標(biāo)準(zhǔn)晶態(tài)銀卡片OW#04-0783)對照，測得的衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)圖譜的衍射峰能很好的吻合，說明所制備的樣品為銀納米粒子。傅立葉變換紅外光譜(附圖4)測定得到納米銀水凝膠中含有L-半胱氨酸主要功能基團。實施例3:本實施例選擇的是大腸埃希氏桿菌和金黃色葡萄球菌作為革蘭氏陰性菌與陽性菌的代表，對實施例I進行了抑菌性的測試(附圖5)。抑菌圈試驗的操作步驟如下將LB瓊脂固體培養(yǎng)基滅菌溶化后倒入已滅菌的培養(yǎng)皿中，待培養(yǎng)基冷卻凝固后，分別加入2mL濃度為IX 106CFU/mL的菌液，然后用無菌涂布棒將其涂布均勻，再用無菌鑷子夾取牛津杯，輕輕放置在平板的中間，然后將其靜置一會，使其能固定在平板上。然后再移取2mL的納米銀水凝膠溶液加入到牛津杯中，并用無菌水作為空白對照，每種菌體做三個平行樣。將培養(yǎng)基至于37°C的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24h，然后用尺子分別量出抑菌圈的直徑，然后取平均值。納米銀水凝膠的抑菌效果如圖5所示，試驗結(jié)果如表I。表I納米銀水凝膠抑菌圈試驗結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種殺菌納米銀水凝膠及其制備方法，其特征在于制作步驟如下 第一步以硝酸銀和半胱氨酸為原料溶解于純水中制備半胱氨酸-銀離子配合物； 第二步將該配合物溶液作為前體，利用紫外光輻照產(chǎn)生的水化電子和自由基對前體溶液中銀離子進行還原制備納米銀溶膠；半胱氨酸通過巰基與銀作用來包被納米銀；半胱氨酸的氨基與羧酸作為親水殘基網(wǎng)絡(luò)水分子形成水凝膠，從而制得納米銀水凝膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種殺菌納米銀水凝膠及其制備方法，其特征在于所述的半胱氨酸包括D型、L型兩者中的一種，或者D型與L型的混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種殺菌納米銀水凝膠及其制備方法，其特征在于所述的形成水凝膠的濃度條件為半胱氨酸質(zhì)量占水凝膠總質(zhì)量的O. 1% -O. 15%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種殺菌納米銀水凝膠及其制備方法，其特征在于所述的硝酸銀與半胱氨酸的摩爾濃度比為I. 5 I。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種殺菌納米銀水凝膠及其制備方法，其特征在于所述的紫外光，優(yōu)選100瓦高壓汞燈輻照。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種殺菌納米銀水凝膠及其制備方法，其特征在于所述的輻照時間為2. 5h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種殺菌納米銀水凝膠及其制備方法，制作過程為第一步以硝酸銀和半胱氨酸為原料溶解于純水中制備半胱氨酸-銀離子配合物；第二步將該配合物溶液作為前體，利用紫外光輻照產(chǎn)生的水化電子和自由基對前體溶液中銀離子進行還原制備納米銀溶膠；半胱氨酸通過巰基與銀作用來包被納米銀；半胱氨酸的氨基與羧酸作為親水殘基網(wǎng)絡(luò)水分子形成水凝膠，從而制得納米銀水凝膠；本發(fā)明與現(xiàn)有的納米銀水凝膠制備方法相比，具有制備原材料少、制備方法簡單、抑菌效果好、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，可以在空氣中暴露一年無明顯變化。
文檔編號A01N59/16GK102860325SQ20121033523
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月12日
發(fā)明者沈曉芳, 馬蕓, 龐月紅, 徐罕琦 申請人:江南大學(xué)