一种原位复合单质纳米银的细菌纤维素膜的制备方法.pdf

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1、(10)授权公告号 CN 101586309 B (45)授权公告日 2012.05.09 CN 101586309 B *CN101586309B* (21)申请号 200910087235.8 (22)申请日 2009.06.18 A61L 15/28(2006.01) A61L 15/18(2006.01) C12P 19/04(2006.01) C12R 1/01(2006.01) C12R 1/065(2006.01) C12R 1/05(2006.01) C12R 1/025(2006.01) C12R 1/41(2006.01) C12R 1/38(2006.01) C12R 1。

2、/02(2006.01) (73)专利权人 北京科技大学 地址 100083 北京市海淀区学院路 30 号 (72)发明人 郑裕东 吴健 杨槐 王瑞欣 奚廷斐 刘国权 (54) 发明名称 一种原位复合单质纳米银的细菌纤维素膜的 制备方法 (57) 摘要 本发明提供了一种原位复合单质纳米银的细 菌纤维素膜的制备方法， 涉及生物医用材料领域， 其主要特征在于， 细菌纤维素膜具有独特的三维 纳米网络结构， 通过银氨溶液同含醛基化学试剂 的反应在其网络结构中原位生成银单质纳米颗 粒。 此外， 本发明利用独特的干燥方法使得所制备 的含银纳米细菌纤维素干膜脆性大的缺点得到改 善。本发明提供的含单质纳米银颗。

3、粒细菌纤维素 膜抗菌性能优异、 制备工艺简单， 可广泛用于大面 积伤口敷料， 包扎带等生物医疗领域， 还可用于制 备纳米银颗粒和银催化剂等工业领域。 (51)Int.Cl. 审查员 冯洁 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 1 页 CN 101586309 B1/1 页 2 1. 一种原位复合单质纳米银的细菌纤维素膜的制备方法， 其特征在于， 具体步骤如 下 ： 步骤一、 将除去膜表面培养基及杂质的细菌纤维素膜浸泡于 0.01 0.5mol/L 的 NaOH 溶液， 80-100下煮沸 5 60min， 用蒸馏水多次冲洗， 控制 p。

4、H 值 7.2， 得到纯化细菌纤维素 膜 ； 步骤二、 向浓度为 0.0001mol/L 1.0mol/L 的银盐溶液中滴入氢氧化钠稀溶液， 产生 白色的氢氧化银沉淀随即分解为棕色的氧化银和水， 然后向溶液中滴加浓氨水， 直至棕色 沉淀刚好溶解， 得到银氨溶液 ； 步骤三、 将步骤一中处理好的细菌纤维素膜浸入步骤二所制备的银氨溶液中 0.1 10 小时后， 用蒸馏水水洗320min， 然后浸入浓度为0.0001mol/L1.0mol/L含醛基的化学 试剂溶液中， 在 20 100下水浴 2 60min ； 或将步骤一中处理好的细菌纤维素膜浸入浓度为 0.0001mol/L 1.0mol/L 含。

5、醛基的 化学试剂溶液中 0.5 10 小时， 用蒸馏水水洗 3 9min， 然后浸入步骤二得到的银氨溶液 中， 在 20 100下水浴反应 2 60min ； 反应所得 Ag 附着于细菌纤维素膜纳米级网络结构中， 得到含单质纳米银的细菌纤维 素膜 ； 步骤四、 将步骤三得到的含单质纳米银的细菌纤维素膜取出， 用蒸馏水冲洗 5 20min， 得到含单质纳米银的细菌纤维素湿膜。 2. 如权利要求 1 所述的制备方法， 其特征在于， 将通过步骤四得到的含单质纳米银的 细菌纤维素湿膜继续进行干燥处理， 得到含单质纳米银的细菌纤维素干膜。 3. 如权利要求 2 所述的制备方法， 其特征在于， 所述干燥处。

6、理为以下任一种方式 ： a、 通风状态下常温或 20 80下恒温干燥处理 ； b、 将细菌纤维素膜在 -60 20的冷冻干燥机中干燥处理 ； c、 将细菌纤维素膜湿膜置于 -20 60的环境中冷冻处理后， 再在真空干燥机、 恒 温箱或者常温下干燥处理。 4. 如权利要求 1 所述的制备方法， 其特征在于， 所述细菌纤维素膜是由醋杆菌属、 八叠 球菌属、 假单胞菌属、 根瘤菌属、 无色杆菌属、 产碱菌属、 气杆菌属、 固氮菌属、 土壤杆菌属九 类菌属中的任何一种经发酵产生， 所产细菌纤维素膜具有三维多孔网络结构。 5. 如权利要求 1 所述的制备方法， 其特征在于， 所述银盐溶液为硝酸银、 氯化。

7、银或柠檬 酸银中的一种， 或由一些不溶的银盐直接加入氨水溶解代替。 6. 如权利要求 1 所述的制备方法， 其特征在于， 所述含醛基的化学试剂为甲醛、 乙醛、 甲酸、 甲酸盐、 甲酸酯、 葡萄糖、 葡萄糖酯、 麦芽糖、 果糖中任一种含醛基的化合物。 7. 如权利要求 1 所述的制备方法， 其特征在于， 所述蒸馏水为双重蒸馏。 权 利 要 求 书 CN 101586309 B1/6 页 3 一种原位复合单质纳米银的细菌纤维素膜的制备方法 技术领域 0001 本发明涉及生物医用材料领域， 特别涉及一种新型含银抗菌性纳米细菌纤维素膜 的制备方法。 背景技术 0002 细菌纤维素膜 (BC) 是一种天。

8、然的生物高聚物， 基本化学结构如图 1 所示， 是由 -D- 葡萄糖通过 -1， 4- 糖苷键连接而成的一种无分支的大分子直链聚合物， 又称为 -1， 4- 葡萄糖。细菌纤维素膜具有高结晶度且化学纯度高， 不含半纤维素、 木质素和其他 细胞壁成分， 以 100纤维素的形式存在， 提纯过程简单 ； 细菌纤维素膜持水性高， 其内部 有很多 “孔道” ， 有良好的透气、 透水性能， 能吸收 60-700 倍于其干重的水分。细菌纤维素膜 具有超细纳米纤维网络、 高抗张强度和弹性模量， 其杨氏模量可达 10MPa， 经热压处理后， 杨 氏模量可达 30MPa ； 具有极佳的形状维持能力和抗撕力， 细菌纤。

9、维素膜的抗撕能力比聚乙 烯膜和聚氯乙烯膜要强 5 倍。同时， 细菌纤维素膜具有较高的生物相容性和良好的生物可 降解性， 最终可降解生成单糖等小分子物质。 细菌纤维素膜采用微生物发酵合成， 其性能和 形状的可调控， 生产过程绿色环保， 成本低， 产率高。 0003 由于细菌纤维素膜的上述优良性能， 作为生物医用材料， 其具有广泛的应用前景。 目前国外已经有研究机构推出了一些细菌纤维素膜的生物医用制品， 如组织工程支架、 人 工血管、 组织工程皮肤等。其中， 以细菌纤维素膜生产的组织工程皮肤， 在潮湿情况下所具 有的高机械强度， 对气体和液体的高渗透性， 这些指标均优于常规皮肤代用品。但是， 细菌。

10、 纤维素膜本身没有抗菌活性， 不能防止伤口的感染， 赋予细菌纤维素膜的较强抗菌性能对 其在生物医用材料领域的应用至关重要。 0004 目前国内外抗菌性细菌纤维素膜主要采用复合氯化银粒子以及添加有机抗菌剂 等方法， 其工艺复杂， 抗菌效果较差、 离化能力差等问题难以克服， 限制了这类抗菌生物医 用材料的开发和应用。无机抗菌剂与有机抗菌剂相比， 最大的区别在于使用有机抗菌剂容 易使细菌产生耐药性， 使用不当反而对人体造成危害， 而使用无机抗菌剂， 不会使细菌产生 耐药性。 发明内容 0005 本发明的目的是提供一种新型含单质纳米银抗菌性纳米细菌纤维素膜的制备方 法， 使制备出的细菌纤维素膜具有优良。

11、的力学性能和抗菌性能， 通过独特的干燥方法克服 含银纳米细菌纤维素膜干膜脆性大的缺点。 0006 本发明的技术方案是 ： 制备一种含单质纳米银粒子的细菌纤维素膜， 细菌纤维素 膜的纳米级别纤维网络结构上附着有单质银纳米颗粒， 甚至可包覆细菌纤维素膜纤维。通 过化学反应在细菌纤维素膜的网络结构中形成纳米单质银微粒， 化学反应的基本原理为托 伦试剂与含醛基化合物反应生成单质银附着于细菌纤维素膜纤维网中。 0007 具体步骤如下 ： 说 明 书 CN 101586309 B2/6 页 4 0008 步骤一、 细菌纤维素膜预处理及提纯工艺。 0009 取细菌纤维素膜用清水多次冲洗， 除去膜表面培养基及。

12、杂质。再将膜浸泡于 0.01 5mol/L 的 NaOH 溶液， 80 100下煮沸 5 60min， 去除液膜中的菌体和残留培养 基， 此时， 膜呈乳白色半透明状。 然后用蒸馏水多次冲洗， 控制pH值约为7.2， 得到提纯细菌 纤维素膜。 0010 所述细菌纤维素膜是由醋杆菌属、 八叠球菌属、 假单胞菌属、 根瘤菌属、 无色杆菌 属、 产碱菌属、 气杆菌属、 固氮菌属、 土壤杆菌属等九类菌属中的任何一种经发酵产生， 所产 细菌纤维素膜具有三维多孔网络结构。 0011 步骤二、 制备银氨溶液， 指含有二氨合银离子 (Ag(NH3)2+) 的水溶液。 0012 向浓度为0.0001mol/L1.。

13、0mol/L的银盐溶液中加入氢氧化钠稀溶液， 产生白色 的氢氧化银沉淀随即分解为棕色的氧化银和水 ； 再向溶液中滴加浓氨水， 直至棕色沉淀刚 好溶解， 得到银氨溶液。 0013 所述银盐溶液为硝酸银、 氯化银或柠檬酸银等中的一种， 银盐也可由一些不溶的 银盐代替， 但制备时直接加入氨水将不溶物溶解即可。 0014 步骤三、 细菌纤维素膜纳米网络结构原位生成纳米银粒子。 0015 方法 1 ： 0016 a、 将步骤一中处理好的细菌纤维素膜浸入步骤二所制备的银氨溶液中 0.1 10 小时 ； 0017 b、 将通过 a 步骤得到的细菌纤维素膜用蒸馏水水洗 3-20min， 排除表面残留的化 学试。

14、剂 ； 0018 c、 将通过 b 步骤得到的细菌纤维素膜浸入浓度为 0.0001mol/L 1.0mol/L 含醛 基的化学试剂溶液中 20 100水浴 2 60min。 0019 方法 2 ： 0020 a、 将步骤一中处理好的细菌纤维素膜浸入浓度为 0.0001mol/L 1.0mol/L 含醛 基的化学试剂溶液中 0.5 10 小时 ； 0021 b、 将通过 a 步骤得到的细菌纤维素膜用蒸馏水水洗 3 9min， 排除表面残留的化 学试剂 ； 0022 c、 将通过 b 步骤得到的细菌纤维素膜浸入步骤二得到的银氨溶液中， 在 20 100下水浴反应 2 60min。 0023 反应所。

15、得 Ag 附着于细菌纤维素膜纳米级网络结构中， 得到含单质纳米银的细菌 纤维素膜。 0024 所述含醛基的化学试剂除甲醛或乙醛等普通的醛类外， 还可以是甲酸、 甲酸盐、 甲 酸酯、 葡萄糖、 葡萄糖酯、 麦芽糖、 果糖等中任一种含醛基的化合物。 0025 步骤四、 将步骤三得到的含单质纳米银的细菌纤维素膜取出， 用蒸馏水冲洗 5 20min， 防止细菌纤维素膜表面残留化学试剂， 从而获得含单质纳米银的细菌纤维素湿膜。 0026 步骤五、 也可将通过步骤四得到的含单质纳米银的细菌纤维素湿膜继续进行干燥 处理， 得到含单质纳米银的细菌纤维素干膜。 0027 所述干燥处理为以下任一种方式 ： 002。

16、8 a、 通风状态下常温或 20 80下恒温干燥处理 ； 说 明 书 CN 101586309 B3/6 页 5 0029 b、 将细菌纤维素膜在 -60 20的冷冻干燥机中干燥处理 ； 0030 c、 将细菌纤维素湿膜置于 -20 60的环境中冷冻处理后， 再在真空干燥机、 恒温箱或者常温下干燥处理， 得到脆性较低的含银细菌纤维素膜。 0031 以上所述蒸馏水为双重蒸馏。 0032 与现有技术相比， 本发明具有如下优点和有益效果 ： 0033 1、 本发明所获得含银细菌纤维素膜中银为单质， 纳米单质银在银系抗菌剂中抗菌 性能最佳， 与氯离子不反应， 并且没有过敏反应(如表1所示)， 因此纳米。

17、单质银是提高细菌 纤维素膜抗菌活性的最佳选择。 0034 2、 本发明利用细菌纤维素膜具有的独特的纳米级三维网络结构， 有目的地制备含 单质纳米银粒子的细菌纤维素膜， 使细菌纤维素膜获得了优异的抗菌性能， 并且所含纳米 单质银的含量可控。 0035 3、 本发明制得的含银细菌纤维素膜用途广泛， 可用于大面积伤口敷料， 包扎带等 生物医疗领域。用纤维素酶或者 4- 甲基吗啉氧化物单水合物 (NMMO) 将含纳米银细菌纤维 素膜中的纤维素溶解去除， 可制备纳米银颗粒。此外所述的含单质纳米银粒子的细菌纤维 素膜可用于银催化剂体系。 0036 4、 本发明的制备过程简单， 工艺成熟， 成本低， 适合于。

18、进行抗菌性纳米银细菌纤维 素膜的产业化生产。 0037 表 1 银系抗菌剂抗菌性能比较 0038 化合物 离子化能力 氯离子反应 过敏反应 抗菌性能 金属银及涂层 低 反应 有 低 单质纳米银 低 不反应 无 很高 胶体银 中等至高 反应 有 中等 磷酸盐 中等 反应 有 中等 硝酸盐 很高 反应 有 很高 氯化物 低 - 有 低 硫酸盐 中等 反应 有 中等 沸石 未见报道 未知 有 中等 磺胺嘧啶盐 高 反应 有 高 氧化银 低 反应 有 中等 附图说明 说 明 书 CN 101586309 B4/6 页 6 0039 图 1 为细菌纤维素膜化学结构示意图。 0040 图 2 为含银细菌纤。

19、维素膜的扫描电镜图， 显示了细菌纤维素膜独特的纳米网络结 构。 具体实施方式 0041 以下结合具体实施案例， 进一步阐述本发明。 应理解为， 这些实施案例仅仅用于说 明本发明而不是用于限制本发明的范围。此外应理解， 本领域的技术人员在阅读了本发明 讲授的内容之后， 对本发明所做各种等价形式之改动， 同样落入本申请权利要求书所要求 的范围之内。 0042 实施例 1 0043 将市售由木醋杆菌制得的细菌纤维素膜剪取成 22cm 的细菌纤维素膜样品。 0044 步骤一、 取细菌纤维素膜用清水多次冲洗， 除去膜表面培养基及杂质。 再将膜浸泡 于0.1mol/L的NaOH溶液， 100下煮沸20mi。

20、n， 去除液膜中的菌体和残留培养基， 此时， 膜呈 乳白色半透明状。然后用蒸馏水多次冲洗， 控制 pH 值约为 7.2， 得到纯化细菌纤维素膜， 所 产细菌纤维素膜具有三维多孔网络结构 ( 见附图 2) ； 0045 步骤二、 向浓度为 0.0001mol/L 的银盐溶液中滴入氢氧化钠稀溶液， 产生白色的 氢氧化银沉淀随即分解为棕色的氧化银和水 ； 再向溶液中滴加浓氨水， 直至棕色沉淀刚好 溶解， 得到银氨溶液 ； 0046 步骤三、 将步骤一中处理好的细菌纤维素膜浸入步骤二所制备的银氨溶液中 15min ； 0047 步骤四、 将通过步骤三得到的细菌纤维素膜用蒸馏水水洗 5min， 排除表面。

21、残留的 化学试剂 ； 0048 步骤五、 将步骤四得到的细菌纤维素膜浸入浓度为 0.0001mol/L 葡萄糖溶液中 40水浴 5min ； 0049 步骤六、 将步骤五得到的含单质纳米银的细菌纤维素膜取出， 用蒸馏水冲洗 15min， 去除细菌纤维素膜表面残留化学试剂， 从而获得含单质纳米银的细菌纤维素膜湿 膜 ； 0050 步骤七、 将通过步骤四得到的含单质纳米银的细菌纤维素膜轧平并在通风状态下 常温干燥处理， 得到含单质纳米银的细菌纤维素干膜。 0051 经过测试表征， 可得单质纳米银粒子粒径为 5 160nm， 分散在细菌纤维素膜的多 孔网络结构中。单质纳米银粒子的含量占总重量的 0.。

22、7。 0052 实施例 2 0053 将市售由八叠球菌制得的细菌纤维素膜剪取成 22cm 的细菌纤维素膜样品。 0054 步骤一、 取细菌纤维素膜用清水多次冲洗， 除去膜表面培养基及杂质。 再将膜浸泡 于 0.05mol/L 的 NaOH 溶液， 100下煮沸 30min， 去除液膜中的菌体和残留培养基， 此时， 膜 呈乳白色半透明状。然后用蒸馏水多次冲洗， 控制 pH 值约为 7.2， 得到纯化细菌纤维素膜 ； 0055 步骤二、 向浓度为 0.001mol/L 的银盐溶液中加入几滴氢氧化钠稀溶液， 产生白色 的氢氧化银沉淀随即分解为棕色的氧化银和水 ； 再向溶液中滴加浓氨水， 直至棕色沉淀。

23、刚 好溶解， 得到银氨溶液 ； 说 明 书 CN 101586309 B5/6 页 7 0056 步骤三、 将步骤一中处理好的细菌纤维素膜浸入步骤二所制备的银氨溶液中 60min ； 0057 步骤四、 将通过步骤三得到的细菌纤维素膜用蒸馏水水洗 6min， 排除表面残留的 化学试剂 ； 0058 步骤五、 将步骤四得到的细菌纤维素膜浸入浓度为 0.001mol/L 葡萄糖溶液中 60水浴 8min ； 0059 步骤六、 将步骤五得到的含单质纳米银的细菌纤维素膜取出， 用蒸馏水冲洗 20min， 去除细菌纤维素膜表面残留化学试剂， 从而获得含单质纳米银的细菌纤维素湿膜 ； 0060 步骤七、。

24、 将通过步骤四得到的含单质纳米银的细菌纤维素膜轧平并在 -40的冷 冻干燥机中干燥处理， 得到含单质纳米银的细菌纤维素干膜。 0061 经过测试表征， 可得如图 2 所示的单质纳米银粒子粒径为 5-260nm， 分散在细菌纤 维素膜的多孔网络结构中。单质纳米银粒子的含量占总重量的 2.3。 0062 实施例 3 0063 将市售由土壤根瘤菌制得的细菌纤维素膜剪取成 22cm 的细菌纤维素膜样品。 0064 步骤一、 取细菌纤维素膜用清水多次冲洗， 除去膜表面培养基及杂质。 再将膜浸泡 于 0.2mol/L 的 NaOH 溶液， 80下煮沸 15min， 去除液膜中的菌体和残留培养基， 此时， 。

25、膜呈 乳白色半透明状。然后用蒸馏水多次冲洗， 控制 pH 值约为 7.2， 得到纯化细菌纤维素膜 ； 0065 步骤二、 向浓度为 0.01mol/L 的银盐溶液中加入几滴氢氧化钠稀溶液， 产生白色 的氢氧化银沉淀随即分解为棕色的氧化银和水 ； 再向溶液中滴加浓氨水， 直至棕色沉淀刚 好溶解， 得到银氨溶液 ； 0066 步骤三、 将步骤一所得的细菌纤维素膜浸入浓度为 0.01mol/L 乙醛溶液中 5 小 时 ； 0067 步骤四、 将通过步骤三得到的细菌纤维素膜用蒸馏水水洗 6min， 排除表面残留的 化学试剂 ； 0068 步骤五、 将通过 b 步骤得到的细菌纤维素膜浸入步骤二所制备的不。

26、同浓度的银氨 溶液中在 50下水浴 10min ； 0069 步骤六、 将步骤五得到的含单质纳米银的细菌纤维素膜取出， 用蒸馏水冲洗 20min， 防止细菌纤维素膜表面残留化学试剂， 从而获得含单质纳米银的细菌纤维素膜湿 膜 ； 0070 步骤七、 将通过步骤四得到的含单质纳米银的细菌纤维素膜轧平置于 -20 60的环境中冷冻处理后， 再在真空干燥机中干燥处理， 得到脆性较低的含单质纳米银的 细菌纤维素干膜。 0071 经过测试表征， 可得单质纳米银粒子粒径为 5 240nm， 分散在细菌纤维素膜的多 孔网络结构中。单质纳米银粒子的含量占总重量的 17.2。 0072 实施例 4 0073 将。

27、市售由洋葱假单胞菌制得的细菌纤维素膜剪取成 22cm 的细菌纤维素膜样 品。 0074 步骤一、 取细菌纤维素膜用清水多次冲洗， 除去膜表面培养基及杂质。 再将膜浸泡 于 0.4mol/L 的 NaOH 溶液， 85下煮沸 45min， 去除液膜中的菌体和残留培养基， 此时， 膜呈 说 明 书 CN 101586309 B6/6 页 8 乳白色半透明状。然后用蒸馏水多次冲洗， 控制 pH 值约为 7.2， 得到纯化细菌纤维素膜 ； 0075 步骤二、 向浓度为 0.1mol/L 的银盐溶液中加入几滴氢氧化钠稀溶液， 产生白色的 氢氧化银沉淀随即分解为棕色的氧化银和水 ； 再向溶液中滴加浓氨水，。

28、 直至棕色沉淀刚好 溶解， 得到银氨溶液 ； 0076 步骤三、 将步骤一所得的细菌纤维素膜浸入浓度为 0.1mol/L 乙醛溶液中 1 小时 ； 0077 步骤四、 将通过步骤三得到的细菌纤维素膜用蒸馏水反复水洗， 排除表面残留的 化学试剂 ； 0078 步骤五、 将通过 b 步骤得到的细菌纤维素膜浸入步骤二所制备的银氨溶液中在 60下水浴 5min ； 0079 步骤六、 将步骤五得到的含单质纳米银的细菌纤维素膜取出， 用蒸馏水冲洗 20min， 洗脱细菌纤维素膜表面残留化学试剂， 从而获得含单质纳米银的细菌纤维素湿膜 ； 0080 步骤七、 将通过步骤四得到的含单质纳米银的细菌纤维素膜轧平并在 -40下急 冷然后真空干燥处理， 得到含单质纳米银的细菌纤维素干膜。 0081 经过测试表征， 可得如图 2 所示的单质纳米银粒子粒径为 5-285nm， 分散在细菌纤 维素膜的多孔网络结构中。单质纳米银粒子的含量占总重量的 36.2。 说 明 书 CN 101586309 B1/1 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 。