一種抗菌水凝膠的制備方法
【專利摘要】本發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，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絡結構表面，制成抗菌水凝膠。利用本發明方法，將半纖維素利用氧化劑改性，賦予其功能性基團，益于與殼聚糖中的氨基發生席夫堿反應。抗菌水凝膠的制備方法反應溫度條件低，能耗小，易于投入工業生產。此外，制備得到的抗菌水凝膠吸附的銀顆粒達到納米級別，具有優良的抗菌效果。
【專利說明】一種抗菌水凝膠的制備方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及抗菌水凝膠制備【技術領域】，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】
[0002] 隨著我國工業化發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能源蘊含量有限，且石化基合成材料難以被 生物降解，對人類賴以生存的環境造成了嚴重污染。因此，開發與利用清潔可再生資源成為 首要選擇和必然趨勢。生物質資源具有可再生性、資源豐富和環境友好等諸多優點。半纖 維素作為一種生物質資源，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，因此開發和利用半纖維素符合可持續發展規劃，對提高資源利用率及減少 環境污染都具有重要的現實意義。
[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。 水凝膠是近年發展迅速受到人們廣泛關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，在農業、工業、醫用領域應用十分廣泛。銀納米材料具有廣譜抗菌性，是無毒的 和環境友好的抗菌材料，已成為近年來生物材料研究的熱點。現有技術中沒有以半纖維素 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用到抗菌水凝膠制 備領域。


【發明內容】

[0004] 本發明的目的是提出一種抗菌水凝膠的制備方法，以解決現有技術中沒有以半纖 維素為原料制備抗菌水凝膠的方法，半纖維素原料難以應用到抗菌水凝膠制備的問題。
[0005] 為了解決上述技術問題，本發明采用了如下技術方案：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，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絡結構表面， 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，調節pH值至中性，在 37°C水浴中攪拌6?12h ;反應完成后，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，優選地，步驟2,所述雙醛半纖維素溶液為質 量濃度5?10%的雙醛半纖維素水溶液；所述殼聚糖溶液為質量濃度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，然后調節pH值至中性，混合液置于 45°C水浴中攪拌5?lOh后，繼續升溫至90°C反應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，優選地，步驟3,將所述混合物浸入質量濃度 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] 與現有技術相比，本發明的有益效果在于：
[0013] 1、將半纖維素利用氧化劑改性，賦予其功能性基團，益于與殼聚糖中的氨基發生 席夫堿反應。
[0014] 2、抗菌水凝膠的制備方法反應溫度條件低，能耗小，易于投入工業生產。
[0015] 3、制備得到的抗菌水凝膠吸附的銀顆粒達到納米級別，具有優良的抗菌效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本發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為本發明實施例方法制備的抗菌水凝膠對大腸桿菌抑制結果圖；
[0020] 圖5為本發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果圖；
[0021] 圖6為本發明方法原理示意圖。

【具體實施方式】
[0022] 下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細描述，但不作為對本發明的限定。
[0023] 如圖6所示，在本發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，都可與氧化劑發生氧化還原反應，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，與殼聚糖中的氨 基可發生席夫堿反應，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 凝膠三維網絡結構。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絡結構表面。
[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 溶液調節pH值至中性，在37°C水浴中攪拌12h。反應完成后，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，調節pH值至中性，混合液置 于45°C水浴中攪拌10h后，繼續升溫至90°C反應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SEM圖看出，Ag顆粒大小大約在150?250nm之間，達到納 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絡中。如圖3所示， 從TGA結果中可以看出，當溫度達到256. 48°C時，水凝膠開始分解，當溫度達到500°C時，水 凝膠的分解達到50%。由此可見水凝膠的熱穩定性較好。
[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支培養基斜 面上。后將斜面試管置于37度恒溫培養箱培養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菌懸液加入到培養基中，混 合均與后，快速倒在一層預先制備好的培養基平板上，凝固后放入水凝膠薄片，再倒入第三 層培養基。將所有平板置于4攝氏度冰箱中保存過夜，次日將所有平板轉移至37度恒溫培 養箱中，培養24小時后拍照觀察。
[0032] 抑菌實驗結果：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 溶液調節pH值至中性，在37°C水浴中攪拌12h。反應完成后，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，調節pH值至中性，混合液置 于45°C水浴中攪拌10h后，繼續升溫至90°C反應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明的示例性實施例，不用于限制本發明，本發明的保護范圍 由權利要求書限定。本領域技術人員可以在本發明的實質和保護范圍內，對本發明做出各 種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應視為落在本發明的保護范圍內。
【權利要求】
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，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絡結構表面，制成 抗菌水凝膠。
2. 根據權利要求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，調節pH 值至中性，在37°C水浴中攪拌6?12h ;反應完成后，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. 根據權利要求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 半纖維素溶液為質量濃度5?10%的雙醛半纖維素水溶液；所述殼聚糖溶液為質量濃度 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，然后調節pH值至中 性，混合液置于45°C水浴中攪拌5?10h后，繼續升溫至90°C反應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. 根據權利要求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 優先權日:2014年6月27日
【發明者】彭鋒, 關瑩, 孫潤倉, 任俊莉, 張冰, 亓憲明 申請人:北京林業大學