一種抗菌水凝膠的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抗菌水凝膠的制備方法，包括以下步驟：步驟1，利用氧化劑將半纖維素中的活性羥基氧化為醛基，得到雙醛半纖維素；步驟2，過量的雙醛半纖維素溶液與殼聚糖溶液反應(yīng)，形成水凝膠與剩余雙醛半纖維素形成的混合物；步驟3，將所述混合物浸入含銀離子溶液，使銀顆粒吸附在水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)表面，制成抗菌水凝膠。利用本發(fā)明方法，將半纖維素利用氧化劑改性，賦予其功能性基團(tuán)，益于與殼聚糖中的氨基發(fā)生席夫堿反應(yīng)?？咕z的制備方法反應(yīng)溫度條件低，能耗小，易于投入工業(yè)生產(chǎn)。此外，制備得到的抗菌水凝膠吸附的銀顆粒達(dá)到納米級別，具有優(yōu)良的抗菌效果。
【專利說明】一種抗菌水凝膠的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及抗菌水凝膠制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種利用半纖維素制備抗菌水 凝膠的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國工業(yè)化發(fā)展和人們生活水平的日益提高，人們對能源的消耗和合成材料 的需求迅速增加，而煤炭、石油和天然氣等常規(guī)能源蘊(yùn)含量有限，且石化基合成材料難以被 生物降解，對人類賴以生存的環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。因此，開發(fā)與利用清潔可再生資源成為 首要選擇和必然趨勢。生物質(zhì)資源具有可再生性、資源豐富和環(huán)境友好等諸多優(yōu)點。半纖 維素作為一種生物質(zhì)資源，自然界存量高、具有可再生、無毒、良好的可生物降解性和生物 相容性等特點，因此開發(fā)和利用半纖維素符合可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃，對提高資源利用率及減少 環(huán)境污染都具有重要的現(xiàn)實意義。
[0003] 半纖維素由于其自身的缺點，如易降解、難分離等，限制了半纖維素的綜合利用。 水凝膠是近年發(fā)展迅速受到人們廣泛關(guān)注的重要功能高分子材料，其良好的吸水、保水及 生物相容性，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)用領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。銀納米材料具有廣譜抗菌性，是無毒的 和環(huán)境友好的抗菌材料，已成為近年來生物材料研究的熱點。現(xiàn)有技術(shù)中沒有以半纖維素 為原料制備抗菌水凝膠的方法，廣泛、大量存在的半纖維素原料難以應(yīng)用到抗菌水凝膠制 備領(lǐng)域。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提出一種抗菌水凝膠的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中沒有以半纖 維素為原料制備抗菌水凝膠的方法，半纖維素原料難以應(yīng)用到抗菌水凝膠制備的問題。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：一種抗菌水凝膠的制備方 法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1，利用氧化劑將半纖維素中的活性羥基氧化為醛基，得到雙醛半纖維素；
[0007] 步驟2,過量的雙醛半纖維素溶液與殼聚糖溶液反應(yīng)，形成水凝膠與剩余雙醛半纖 維素形成的混合物；
[0008] 步驟3,將所述混合物浸入含銀離子溶液，使銀顆粒吸附在水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)表面， 制成抗囷水減月父。
[0009] 如上所述的抗菌水凝膠的制備方法，優(yōu)選地，步驟1，將1?2重量份高碘酸鈉和 2?4重量份半纖維素加入5?10重量份的水中，攪拌至完全溶解，調(diào)節(jié)pH值至中性，在 37°C水浴中攪拌6?12h ;反應(yīng)完成后，將混合液離心，并用水清洗3?5次，烘干得到雙醛 半纖維素。氧化劑除如高碘酸鹽外，也可以選用重鉻酸鹽、高錳酸鹽、氯酸鹽等。
[0010] 如上所述的抗菌水凝膠的制備方法，優(yōu)選地，步驟2,所述雙醛半纖維素溶液為質(zhì) 量濃度5?10%的雙醛半纖維素水溶液；所述殼聚糖溶液為質(zhì)量濃度1?5%的殼聚糖 乙酸溶液；混合所述雙醛半纖維素溶液和殼聚糖溶液，然后調(diào)節(jié)pH值至中性，混合液置于 45°C水浴中攪拌5?lOh后，繼續(xù)升溫至90°C反應(yīng)30?60min，冷卻后得到水凝膠與剩余 雙醛半纖維素形成的混合物。
[0011] 如上所述的抗菌水凝膠的制備方法，優(yōu)選地，步驟3,將所述混合物浸入質(zhì)量濃度 為0. 1?5%的AgN03溶液中，室溫下暗存12?48h，然后，將其浸入氨水溶液中除去過量 的AgN03，最后得到抗菌水凝膠。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0013] 1、將半纖維素利用氧化劑改性，賦予其功能性基團(tuán)，益于與殼聚糖中的氨基發(fā)生 席夫堿反應(yīng)。
[0014] 2、抗菌水凝膠的制備方法反應(yīng)溫度條件低，能耗小，易于投入工業(yè)生產(chǎn)。
[0015] 3、制備得到的抗菌水凝膠吸附的銀顆粒達(dá)到納米級別，具有優(yōu)良的抗菌效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明實施例方法制備的抗菌水凝膠的掃描電鏡圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明實施例方法制備的抗菌水凝膠的掃描電鏡圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明實施例方法制備的抗菌水凝膠的熱分析圖；
[0019] 圖4為本發(fā)明實施例方法制備的抗菌水凝膠對大腸桿菌抑制結(jié)果圖；
[0020] 圖5為本發(fā)明實施例方法制備的抗菌水凝膠對金黃色葡萄球菌抑制結(jié)果圖；
[0021] 圖6為本發(fā)明方法原理示意圖。

【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
[0023] 如圖6所示，在本發(fā)明制備抗菌水凝膠的方法中，半纖維素分子鏈上含有大量的 活性羥基，都可與氧化劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將半纖維素分子中C-2和C-3位上的羥基氧化 成醛基，得到雙醛半纖維素。氧化后的半纖維素由于帶有活化的醛基基團(tuán)，與殼聚糖中的氨 基可發(fā)生席夫堿反應(yīng)，同時，羥基之間也可以形成氫鍵使得雙醛半纖維素與殼聚糖形成水 凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。將水凝膠浸入含Ag+溶液中，過量的雙醛半纖維素中的醛基將Ag+還 原，同時Ag納米顆粒吸附在水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)表面。
[0024] 實施例1
[0025] 第一步，將lg高碘酸鈉和2g半纖維素加入10ml水中，攪拌至完全溶解，加入NaOH 溶液調(diào)節(jié)pH值至中性，在37°C水浴中攪拌12h。反應(yīng)完成后，將混合液離心，并用水清洗3 次，烘干得到雙醛半纖維素；
[0026] 第二步，lg殼聚糖溶解于2V/v%的乙酸溶液中，攪拌直至完全溶解，得到5wt%的 殼聚糖溶液；
[0027] 第三步，將lg雙醛半纖維素溶解于水中，攪拌、離心后得到5wt%的雙醛半纖維素 懸浮液；
[0028] 第四步，將雙醛半纖維素溶液與殼聚糖溶液混合后，調(diào)節(jié)pH值至中性，混合液置 于45°C水浴中攪拌10h后，繼續(xù)升溫至90°C反應(yīng)60min，冷卻后得到水凝膠與剩余雙醛半纖 維素形成的混合物；
[0029] 第五步，將混合物浸入2wt%的AgN03溶液中，室溫下暗存24h，然后，將其浸入氨 水溶液中除去過量的AgN03，最后得到抗菌水凝膠。
[0030] 如圖1和圖2所示，經(jīng)SEM圖看出，Ag顆粒大小大約在150?250nm之間，達(dá)到納 米級別。從整體看Ag納米顆粒呈立方體型，而且均勻的分布在水凝膠網(wǎng)絡(luò)中。如圖3所示， 從TGA結(jié)果中可以看出，當(dāng)溫度達(dá)到256. 48°C時，水凝膠開始分解，當(dāng)溫度達(dá)到500°C時，水 凝膠的分解達(dá)到50%。由此可見水凝膠的熱穩(wěn)定性較好。
[0031] 抑菌實驗步驟：將l〇g胰蛋白胨、5g酵母提取物、lOgNaCl氯化鈉和15g瓊脂加入 容器，再加入去離子水至1L，攪拌均勻制備培養(yǎng)基。分裝至18cm試管和錐形瓶中，密封后 121攝氏度滅菌30min。將4攝氏度保存的菌種斜面取出，無菌操作，接種于3支培養(yǎng)基斜 面上。后將斜面試管置于37度恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)12h。lg水凝膠用無菌水稀釋100倍，用濾 紙片沾滿稀釋液制備水凝膠薄片，紫外滅菌15min。吸取100 μ L菌懸液加入到培養(yǎng)基中，混 合均與后，快速倒在一層預(yù)先制備好的培養(yǎng)基平板上，凝固后放入水凝膠薄片，再倒入第三 層培養(yǎng)基。將所有平板置于4攝氏度冰箱中保存過夜，次日將所有平板轉(zhuǎn)移至37度恒溫培 養(yǎng)箱中，培養(yǎng)24小時后拍照觀察。
[0032] 抑菌實驗結(jié)果：如圖4和圖5所示，水凝膠對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌都有抑菌 效果，具有較好地抗菌性能。
[0033] 實施例2
[0034] 第一步，將lg高碘酸鈉和2g半纖維素加入10ml水中，攪拌至完全溶解，加入NaOH 溶液調(diào)節(jié)pH值至中性，在37°C水浴中攪拌12h。反應(yīng)完成后，將混合液離心，并用水清洗3 次，烘干得到雙醛半纖維素；
[0035] 第二步，0. 5g殼聚糖溶解于lv/v%的乙酸溶液中，攪拌直至完全溶解，得到2wt% 的殼聚糖溶液；
[0036] 第三步，將2g雙醛半纖維素溶解于水中，攪拌、離心后得到10wt%的雙醛半纖維 素懸浮液；
[0037] 第四步，將雙醛半纖維素溶液與殼聚糖溶液混合后，調(diào)節(jié)pH值至中性，混合液置 于45°C水浴中攪拌10h后，繼續(xù)升溫至90°C反應(yīng)60min，冷卻后得到水凝膠與剩余雙醛半纖 維素形成的混合物；
[0038] 第五步，將混合物浸入2wt%的AgN03溶液中，室溫下暗存24h，然后，將其浸入氨 水溶液中除去過量的AgN0 3，最后得到抗菌水凝膠。
[0039] 抑菌實驗結(jié)果：水凝膠對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌都有抑菌效果，具有較好地 抗菌性能。
[0040] 以上實施例僅為本發(fā)明的示例性實施例，不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍 由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的實質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出各 種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種抗菌水凝膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，利用氧化劑將半纖維素中的活性羥基氧化為醛基，得到雙醛半纖維素； 步驟2,過量的雙醛半纖維素溶液與殼聚糖溶液反應(yīng)，形成水凝膠與剩余雙醛半纖維素 形成的混合物； 步驟3,將所述混合物浸入含銀離子溶液，使銀顆粒吸附在水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)表面，制成 抗菌水凝膠。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌水凝膠的制備方法，其特征在于，步驟1，將1?2重量 份高碘酸鈉和2?4重量份半纖維素加入5?10重量份的水中，攪拌至完全溶解，調(diào)節(jié)pH 值至中性，在37°C水浴中攪拌6?12h ;反應(yīng)完成后，將混合液離心，并用水清洗3?5次， 烘干得到雙醛半纖維素。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗菌水凝膠的制備方法，其特征在于，步驟2,所述雙醛 半纖維素溶液為質(zhì)量濃度5?10%的雙醛半纖維素水溶液；所述殼聚糖溶液為質(zhì)量濃度 1?5%的殼聚糖乙酸溶液；混合所述雙醛半纖維素溶液和殼聚糖溶液，然后調(diào)節(jié)pH值至中 性，混合液置于45°C水浴中攪拌5?10h后，繼續(xù)升溫至90°C反應(yīng)30?60min，冷卻后得到 水凝膠與剩余雙醛半纖維素形成的混合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗菌水凝膠的制備方法，其特征在于，步驟3,將所述混合物 浸入質(zhì)量濃度為〇. 1?5 %的AgN03溶液中，室溫下暗存12?48h，除去過量的AgN03，最后 得到抗菌水凝膠。
【文檔編號】C08B37/14GK104045843SQ201410302200
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】彭鋒, 關(guān)瑩, 孫潤倉, 任俊莉, 張冰, 亓憲明 申請人:北京林業(yè)大學(xué)