一種基于殼聚糖復合膠束的納米抗菌涂層制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于殼聚糖復合膠束的納米抗菌涂層制備方法，屬于天然高分子和抗菌涂層相結合領域。
技術背景
[0002]隨著人們對生活質量要求的提高，更多的創(chuàng)傷、脊柱和骨關節(jié)病患接受了內固定和人工關節(jié)置換手術。然而，作為常見的術后并發(fā)癥，植入物相關感染也成為亟待解決的難題。據(jù)統(tǒng)計，美國骨科植入物相關感染的年發(fā)病率約4.3%，且國內外目前尚無預防細菌定植及細菌生物膜形成的有效辦法。因而如何預防細菌在假體周圍黏附定植及生物膜的形成，是預防骨科植入物手術感染的關鍵。研究表明，在骨科植入物表面形成抗菌涂層對細菌粘附及生物膜形成有良好的抑制作用，為臨床預防骨科植入物手術感染提供新的研究方向。相對于無機納米粒子和有機合成類抗菌劑，天然抗菌劑有良好的生物相容性，且對組織細胞無毒。
[0003]天然大分子中，殼聚糖是甲殼素的N-脫乙?；a物，是目前自然界中發(fā)現(xiàn)的膳食纖維中唯一帶正電荷的動物纖維，其來源廣泛，具有良好的生物可降解性、生物相容性、無免疫活性等特點，并且具有抗癌、免疫輔助活性、降血脂、加速傷口止血、抗菌消炎等作用。同時，單寧酸產自草本植物，是大多數(shù)中藥的成分之一，這兩種物質均有良好的生物相容性和抑菌作用。所用的涂層制備技術為電泳沉積技術，其適用于不同形狀的基材，條件溫和，易控制；操作簡單，成本低，形成的涂層均勻，且與基材之間的結合力較強。
[0004]因而，本文發(fā)明了一種基于殼聚糖復合膠束的納米抗菌涂層制備方法。該制備方法將具有抗菌性的天然大分子殼聚糖和單寧酸通過自組裝的方法組裝成膠束，達到雙重抗菌的作用，操作步驟簡便，實用性及適用性強，屬于獨創(chuàng)性發(fā)明。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供了一種基于殼聚糖復合膠束的納米抗菌涂層制備方法。該方法操作簡便，條件溫和、適用范圍廣，即通過電泳沉積技術，利用殼聚糖和單寧酸為基元，通過pH誘導在水相中自組裝制備復合自組裝膠束，再以復合自組裝膠束溶液為電解液，通過電泳沉積技術在316L不銹鋼表面電誘導膠束成膜，得到基于殼聚糖復合膠束的納米抗菌涂層。
[0006]本發(fā)明的另一目的還在于可以通過控制復合自組裝膠束溶液的濃度及電沉積工藝條件，對納米抗菌涂層的性能進行調控。
[0007]本發(fā)明的技術方案如下:
[0008]—種基于殼聚糖復合膠束的納米抗菌涂層制備方法，其制備步驟如下:
[0009](I)復合自組裝膠束溶液的制備:稱取適量天然大分子殼聚糖溶解于I %的冰醋酸水溶液得到殼聚糖溶液，將單寧酸溶于水中形成單寧酸溶液，然后在攪拌條件下，將單寧酸溶液按照一定體積比加入到殼聚糖溶液中，待兩種溶液混合均勻之后，調節(jié)上述混合溶液的pH值，促使殼聚糖與小分子單寧酸發(fā)生自組裝，繼續(xù)攪拌適當時間，固定復合膠束形貌，得到復合自組裝膠束溶液。
[0010]所述的殼聚糖溶液濃度為I?4mg.mL 單寧酸溶液的濃度為I?4mg.mL 單寧酸溶液按照0.5?I倍體積比加入到殼聚糖溶液中，且殼聚糖分子鏈和單寧酸分子之間具有靜電和氫鍵作用。所制備的混合溶液的PH值調控范圍為4?6，繼續(xù)攪拌時間為20?60min，所制備的復合膠束具有pH敏感響應性、離子敏感響應性，膠束尺寸在50?100nm之間，且膠束表面帶正電。
[0011](2)納米抗菌涂層的制備:將316L不銹鋼用砂紙打磨至無氧化層，依次在丙酮和無水乙醇中超聲清洗10?15min，室溫晾干備用，然后以316L不銹鋼為陰極，鉑片電極為陽極，以步驟(I)制備的復合自組裝膠束溶液為電解液，通過電泳沉積技術，在316L不銹鋼表面制備納米抗菌涂層。
[0012]所述的電泳沉積工藝條件為:沉積電壓范圍為I?100V，電沉積時間為Is?60min，電沉積過程中陰極和陽極的距離為I?5cm。所制備的納米抗菌涂層的厚度為1nm?20 μ m，所制備的納米抗菌涂層具有優(yōu)異的生物可降解性、細胞相容性及抗菌性能。
[0013]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明創(chuàng)新性的以殼聚糖和單寧酸為基元，在水相中自組裝制備復合膠束，通過電泳沉積技術在316L不銹鋼表面電誘導膠束成膜，制備兼具生物可降解性、細胞相容性及抗菌性能的納米涂層材料，操作步驟簡便，材料來源豐富，實驗成本低，實用性及適用性強。
【附圖說明】
[0014]圖1是實施例1中復合自組裝膠束溶液的數(shù)碼照片及干態(tài)下膠束形貌圖；
[0015]圖2是實施例2中納米抗菌涂層的SEM形貌圖；
[0016]圖3是實施例2中納米抗菌涂層的細胞黏附圖片；
[0017]圖4是實施例3中納米抗菌涂層的熒光顯微鏡圖片。
【具體實施方式】
[0018]以下結合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不局限于此。
[0019]實施例1
[0020]一種基于殼聚糖復合膠束的納米抗菌涂層制備方法，具體制備步驟如下:
[0021](I)復合自組裝膠束溶液的制備:將殼聚糖溶于I %的冰醋酸水溶液，形成Img.mL 1的殼聚糖溶液，將單寧酸溶于水中形成Img.mL 1單寧酸溶液，然后在攪拌條件下，將單寧酸溶液按照I倍體積比加入到殼聚糖溶液中，待兩種溶液混合均勻之后，調節(jié)上述混合溶液的pH = 5.3，促使殼聚糖與小分子單寧酸發(fā)生自組裝，繼續(xù)攪拌30min，固定復合膠束形貌，得到復合自組裝膠束溶液，樣品的數(shù)碼照片及干態(tài)下形貌圖如附圖1所示。
[0022](2)納米抗菌涂層的制備:首先用砂紙打磨316L不銹鋼，然后依次用丙酮和無水乙醇對其進行超聲清洗lOmin，將上述預處理后的316L不銹鋼作為陰極浸入步驟(I)所制備的復合自組裝膠束溶液中，1V恒電位電壓下沉積2min，使荷正電的膠束粒子向316L不銹鋼表面泳動并沉積成膠束膜，得到基于殼聚糖復合膠束的納米抗菌涂層。
[0023]實施例2
[0024]—種基于殼聚糖復合膠束的納米抗菌涂層制備方法，具體操作步驟如下:
[0025](I)復合自組裝膠束溶液的制備:將殼聚糖溶于I %的冰醋酸水溶液，形成3mg.mL 1的殼聚糖溶液，將單寧酸溶于水中形成Img.mL 1單寧酸溶液，然后在攪拌條件下，將單寧酸溶液按照I倍體積比加入到殼聚糖溶液中，待兩種溶液混合均勻之后，調節(jié)上述混合溶液的pH = 6，促使殼聚糖與小分子單寧酸發(fā)生自組裝，繼續(xù)攪拌60min，固定復合膠束形貌，得到復合自組裝膠束溶液，樣品的數(shù)碼照片及干態(tài)下形貌圖如附圖1所示。
[0026](2)納米抗菌涂層的制備:首先用砂紙打磨316L不銹鋼，然后依次用丙酮和無水乙醇對其進行超聲清洗15min，將上述預處理后的316L不銹鋼作為陰極浸入步驟(I)所制備的復合自組裝膠束溶液中，90V恒電位電壓下沉積50min，使荷正電的膠束粒子向316L不銹鋼表面泳動并沉積成膠束膜，得到基于殼聚糖復合膠束的納米抗菌涂層，涂層的SEM形貌圖如附圖2所示，涂層的細胞黏附圖片如附圖3所示。
[0027]實施例3
[0028]—種基于殼聚糖復合膠束的納米抗菌涂層制備方法，具體操作步驟如下:
[0029](I)復合自組裝膠束溶液的制備:將殼聚糖溶于I %的冰醋酸水溶液，形成3mg.mL 1的殼聚糖溶液，將單寧酸溶于水中形成3mg.mL 1單寧酸溶液，然后在攪拌條件下，將單寧酸溶液按照0.5倍體積比加入到殼聚糖溶液中，待兩種溶液混合均勻之后，調節(jié)上述混合溶液的pH = 4，促使殼聚糖與小分子單寧酸發(fā)生自組裝，繼續(xù)攪拌20min，固定復合膠束形貌，得到復合自組裝膠束溶液。
[0030](2)納米抗菌涂層的制備:首先用砂紙打磨316L不銹鋼，然后依次用丙酮和無水乙醇對其進行超聲清洗12min，將上述預處理后的316L不銹鋼作為陰極浸入步驟(I)所制備的復合自組裝膠束溶液中，40V恒電位電壓下沉積20min，使荷正電的膠束粒子向316L不銹鋼表面泳動并沉積成膠束膜，得到基于殼聚糖復合膠束的納米抗菌涂層，涂層良好的抗菌性能如附圖4示。
[0031]上述實施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本明的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于殼聚糖復合膠束的納米抗菌涂層制備方法，其操作步驟為: (1)復合自組裝膠束溶液的制備:稱取適量天然大分子殼聚糖溶解于I%的冰醋酸水溶液得到殼聚糖溶液，將單寧酸溶于水中形成單寧酸溶液，然后在攪拌條件下，將單寧酸溶液按照一定體積比加入到殼聚糖溶液中，待兩種溶液混合均勻之后，調節(jié)上述混合溶液的PH值，促使殼聚糖與小分子單寧酸發(fā)生自組裝，繼續(xù)攪拌適當時間，固定復合膠束形貌，得到復合自組裝膠束溶液； (2)納米抗菌涂層的制備:將316L不銹鋼用砂紙打磨至無氧化層，依次在丙酮和無水乙醇中超聲清洗10?15min，室溫晾干備用，然后以316L不銹鋼為陰極，鉑片電極為陽極，以步驟(I)制備的復合自組裝膠束溶液為電解液，通過電泳沉積技術，在316L不銹鋼表面制備納米抗菌涂層。2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于殼聚糖復合膠束的納米抗菌涂層制備方法，其特征在于，步驟⑴中所制備的殼聚糖溶液濃度為I?4mg.mL \單寧酸溶液的濃度為I?4mg -mL \單寧酸溶液按照0.5?I倍體積比加入到殼聚糖溶液中，且殼聚糖分子鏈和單寧酸分子之間具有靜電和氫鍵作用。3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于殼聚糖復合膠束的納米抗菌涂層制備方法，其特征在于，步驟(I)中混合溶液的pH值調控范圍為4?6，繼續(xù)攪拌時間為20?60min，所制備的復合膠束具有PH敏感響應性、離子敏感響應性，膠束尺寸在50?100nm之間，且膠束表面帶正電。4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于殼聚糖復合膠束的納米抗菌涂層制備方法，其特征在于，步驟(2)中所采用的電泳沉積工藝條件為:沉積電壓范圍為I?100V，電沉積時間為Is?60min，電沉積過程中陰極和陽極的距離I?5cm。5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于殼聚糖復合膠束的納米抗菌涂層制備方法，其特征在于，步驟(2)中所制備的納米抗菌涂層的厚度為1nm?20 μ m，所制備的納米抗菌涂層具有優(yōu)異的生物可降解性、細胞相容性及抗菌性能。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于殼聚糖復合膠束的納米抗菌涂層制備方法。該制備方法包括：首先將天然大分子殼聚糖溶解于1％冰醋酸水溶液，得到殼聚糖溶液；再向上述溶液中加入單寧酸水溶液，待兩種溶液混合均勻之后，調節(jié)溶液pH值促使體系發(fā)生自組裝，得到復合自組裝膠束溶液；最后以復合自組裝膠束溶液為電解液，結合電泳沉積技術將復合自組裝膠束固定在316L不銹鋼表面形成納米抗菌涂層材料；該法操作簡便，成本低，適用范圍廣，為不銹鋼表面改性提供了一種新策略。
【IPC分類】C25D13/06, A61L27/50, A61L27/34
【公開號】CN105079878
【申請?zhí)枴緾N201510581965
【發(fā)明人】劉曉亞, 石甜甜, 孫家娣, 朱葉, 羅靜, 顧瑤
【申請人】江南大學
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年9月14日