專利名稱：一種以絲素固載的納米銀抗菌粉體及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種天然高分子抗菌粉體，特別是涉及一種用蠶絲的絲素與納米銀制成復合抗菌粉體以及該復合抗菌粉體的制備方法。
背景技術：
隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，各種生活用品健康化已成為當今社會發展的潮流。近年來，在各種日用產品中添加抗菌材料已成為一種趨勢，目前應用較多的抗菌材料為銀系列產品。銀系列抗菌材料是一類具有持久性、廣譜性、耐熱性好、安全性高、不易產生耐藥性等特點的無機抗菌材料。但普通銀制劑的抑菌效果較弱，將金屬銀加工成納米銀后即可產生強力的殺菌作用，這給廣泛應用的銀制劑開辟了廣闊的前景。因而如何將少量納米銀固載到適當的載體上并發揮其獨特的抗菌作用是一個研究熱點。對于日用產品領域、生物領域、醫用領域和食品工業的納米銀復合抗菌材料，天然高分子因無毒、無污染、分散效果和穩定性能好，是優選的載體材料。以往納米銀在天然高分子材料中固載的制備方法，一是先制備納米銀膠體，再將天然高分子材料浸漬在納米銀膠體溶液中，利用高分子吸附納米銀溶液，干燥粉碎而制得(如美國發明專利6379712；中國發明專利01110767)；二是利用天然高分子材料先和Ag+結合，再利用化學還原劑還原而制得(如中國發明專利200410051385)。前一種方法吸附作用力弱，穩定性差；后一種方法制備的產品中易存在因還原劑的加入而引入的有毒有害化學物質。且兩種方法都存在制備工藝復雜，生產成本較高的缺點。
絲素蛋白是一種來自各種蠶絲的天然生物蛋白質。近年來，由于其具有優異的生物相容性，對人體無毒、無害、易于吸收，而廣泛應用于保健食品、化妝品、人工皮膚、酶固定化材料、藥物釋放材料、涂料、打印墨水等領域。絲素蛋白質由甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸等18種氨基酸組成，其中酪氨酸殘基因含有具有強還原能力的對甲苯酚基而能還原某些金屬離子生成納米金屬顆粒而固載于絲素蛋白中。因而利用絲素蛋白的結構特點來制備和固定納米銀，開發新型的納米銀抗菌粉體，對擴展絲素蛋白和納米銀抗菌劑的應用領域具有重大的實用價值。Yong Zhou和陳文興等人分別在Chem.Commun.(2001，2518.)和《中國科學B輯》(2003，33(3)，186.)公布了一種絲素蛋白質原位還原制備納米貴金屬絲素溶膠的方法，但未考慮采用絲素為載體固定納米銀抗菌粉體的制備。且此方法所得納米銀絲素溶膠濃度較低，不易干燥固化，難以實現絲素蛋白固載納米銀抗菌粉體的制備。

發明內容本發明的目的是為了擴大納米銀抗菌劑與絲素蛋白的應用領域，克服現有技術存在的不足，提供的一種無化學有害物質，且簡單易操作的新型絲素固載納米銀抗菌粉體及其制備方法。
本發明是這樣實現的蠶絲經脫膠、溶解、透析，得到的絲素溶液與硝酸銀溶液混合反應，制備納米銀絲素溶液。然后將制得的溶膠直接經真空冷凍或噴霧干燥、研磨，得可溶性的絲素固載的納米銀粉體。
本發明的具體實現是將蠶絲在0.5％Na2CO3溶液中100℃脫膠兩次，每次1h，以除去蠶絲外部的絲膠蛋白，洗凈并于80℃下干燥，獲得純的絲素蛋白。將一定量的絲素蛋白溶于一定的溶解液中在一定溫度下溶解，裝入纖維素半透膜中，用蒸餾水透析72h，得濃度為0.1～15％的絲素水溶液。然后將一定濃度的硝酸銀溶液加入到絲素水溶液中形成混合液，用鹽酸或氫氧化鈉溶液將混合溶液的pH值調整到一定值，在一定溫度下反應一段時間，待溶液顏色逐漸由無色變為黃色，制得納米銀絲素溶液。然后將制得的溶液經真空冷凍或噴霧干燥可得絲素吸附固載的納米銀粉體。
上述技術方案中所述的蠶絲為家蠶絲、野蠶絲、柞蠶絲、蓖麻蠶絲、蜘蛛絲或由基因工程生產的類蠶絲。
所述的溶解液為稀鹽酸溶液、稀硫酸溶液、CaCl2水溶液、CaCl2-乙醇-水三元混合溶液中的一種；溶解溫度控制在10～110℃之間。
所述的硝酸銀溶液的濃度為0.001～0.01mol·L-1。
所述的絲素與硝酸銀溶液反應的pH值調整在3～11之間；反應時間8-12h；反應溫度控制在5～50℃之間。
對獲得的絲素固載的納米銀溶液進行真空冷凍或噴霧干燥，可制得絲素平均粒度在30～100nm，銀顆粒在1-70nm之間的均勻絲素固載納米銀粉體。
與現有技術相比，本發明的優點是1.在制造過程中，利用絲素蛋白質氨基酸殘基直接還原硝酸銀溶液，絲素蛋白質既作還原劑又作保護劑，形成的絲素固載納米銀復合粉體具有高度的分散性和穩定性。
2.制造工藝簡單，成本低、效益高，具有廣闊的市場前景。
3.在制造過程中不使用任何有毒的化學試劑，所得絲素固載納米銀復合粉體對人體無毒、無害、無免疫反應，并且具有良好的生物相容性，可廣泛用于化妝品、保健食品、酶固定化材料、生物傳感器、人工皮膚、人工肌肉、化纖、涂料、搪瓷、塑料用品、家電制品、醫療衛生用品等領域。


圖1為本發明產品生產工藝流程圖。
圖中1是蠶絲脫膠，2是絲素干燥，3是絲素溶解，4是減壓過濾，5是透析脫鹽，6是納米銀絲素溶液制備，7是真空冷凍或噴霧干燥，8是成品。
圖2為本發明產品的紫外-可見光譜圖。
圖3是本發明產品的原子力顯微鏡圖片。
圖4為本發明產品的紅外吸收光譜圖。
具體實施方式
下面將通過具體的實例對本發明作進一步的詳細說明。
實施例11.選取干凈除雜的蠶絲于0.5％Na2CO3水溶液中，100℃脫膠兩次，每次1h，浴比1∶50。脫膠后的絲素置于80℃的干燥箱中干燥至干。
2.將干燥后的絲素置于CaCl2∶C2H5OH∶H2O＝1∶2∶8(摩爾比)的混合溶液中，浴比1∶10，80±5℃溶解30分鐘，減壓過濾溶解液，裝于纖維素半透膜中，用蒸餾水透析脫鹽，制成絲素溶液，其濃度為0.5～15％，最好是濃縮或稀釋成10％左右的絲素溶液。
3.取上述絲素溶液10g，逐滴滴加于10g0.1％的AgNO3水溶液中，用20％NaOH溶液將混合溶液的pH值調整到9～10，于25℃放置，溶液的顏色逐漸由無色變為黃色，反應10小時即制得納米銀絲素溶液。
4.將制得的納米銀絲素溶液在進風溫度195～200℃，出風溫度80～85℃下進行噴霧干燥，即可制得絲素平均粒度在200nm左右，納米銀平均粒徑在50nm左右的均勻顆粒。
參見附圖2，水溶性絲素溶液和納米銀絲素溶液在日本島津UV-250型紫外-可見分光光度計上測定的紫外吸收光譜圖，圖中277nm左右的吸收峰(曲線a)是絲素中氨基酸殘基中的氨基酸、苯丙氨酸、色氨酸等芳香基團的π→π*電子躍遷的吸收峰，在420nm左右的吸收峰為納米銀的吸收(曲線b)。
參見附圖3，納米銀絲素負載于光柵上，于AJ-01透射電子顯微鏡(上海愛建納米科技有限公司)上觀察的透射電子顯微鏡圖(TEM)，由圖可見，絲素還原的納米銀顆粒平均粒徑在40nm左右，被均勻的包裹在絲素膠體中，由于絲素包裹層的存在減少了粒子相互靠近“粘結”聚沉的可能性，提高了粒子的穩定性和分散性。
參見附圖4，絲素溶液的干燥粉和納米銀絲素溶液干燥粉少許用KBr壓片制樣，在NICOLET-380型紅外光譜儀(美國thermo)上進行測定的紅外光譜圖，絲素干燥粉的譜圖中(曲線a)3420cm-1左右為蛋白質N-H伸縮振動特征吸收峰，絲素的酰胺I帶、酰胺II和酰胺III帶譜峰在1644.2cm-1、1524cm-1和1233.6cm-1處，而納米銀絲素溶液干燥粉的譜圖(曲線b)則變為1640.1cm-1、1561.3cm-1和1233.6cm-1，其中1524cm-1與1233.6cm-1的強度均減??；另外絲素中的ν(COO-)由1329cm-1變為1333.2cm-1，并得以增強，說明絲素中的-COO-的含量和存在狀態發生了改變，這表明在復合粉中Ag(I)與絲素反應，生成了Ag納米粒子與絲素的復合物。
實施例21.蠶絲脫膠與實施例1相同。
2.將干燥后的絲素置于40％的CaCl2的溶液中，浴比1∶20，100℃溶解5分鐘，減壓過濾溶解液，裝于纖維素半透膜中，用蒸餾水透析脫鹽，制成絲素溶液，其濃度為0.5～15％，最好是濃縮或稀釋成8％左右的絲素溶液。
3.取上述絲素溶液10g，逐滴滴加于10g0.2％的AgNO3水溶液中，用20％NaOH溶液將混合溶液的pH值調整到8～9，于10℃放置，溶液的顏色逐漸由無色變為黃色，放置12小時即制得納米銀絲素溶液。
4.將制得的納米銀絲素溶液在進風溫度185～190℃，出風溫度80～85℃下進行噴霧干燥，即可制得絲素平均粒度在150nm左右，納米銀平均粒徑在30nm左右的均勻顆粒。
實施例31.蠶絲脫膠與實施例1相同。
2.將干燥后的絲素置于6mol/L的鹽酸溶液中，浴比1∶25，85℃溶解1.5小時，減壓過濾溶解液，裝于纖維素半透膜中，用蒸餾水透析脫鹽，制成絲素溶液，其濃度為0.5～15％，最好是濃縮或稀釋成8.5％左右的絲素溶液。
3.取上述絲素溶液10g，逐滴滴加于10g0.15％的AgNO3水溶液中，用10％HCl溶液將混合溶液的pH值調整到4～5，于5℃放置，溶液的顏色逐漸由無色變為黃色，放置24小時即制得納米銀絲素溶液。
4.將制得的納米銀絲素溶液在-50℃下進行真空冷凍干燥，即可制得絲素平均粒度在175nm左右，納米銀平均粒徑在40nm左右的均勻顆粒。
實施例41.蠶絲脫膠與實施例1相同。
2.將干燥后的絲素置于20％的硫酸溶液中，浴比1∶50，76℃溶解1小時，減壓過濾溶解液，裝于纖維素半透膜中，用蒸餾水透析脫鹽，制成絲素溶液，其濃度為0.5～15％，最好是濃縮或稀釋成7.5％左右的絲素溶液。
3.取上述絲素溶液10g，逐滴滴加于10g0.5％的AgNO3水溶液中，用20％NaOH溶液將混合溶液的pH值調整到7～8，于25℃放置，溶液的顏色逐漸由無色變為黃色，放置12小時即制得納米銀絲素溶液。
4.將制得的納米銀絲素溶液在-50℃下進行真空冷凍干燥，即可制得絲素平均粒度在270nm左右，納米銀平均粒徑在80nm左右的均勻顆粒。
權利要求
1.一種以絲素固載的納米銀抗菌粉體，其特征在于納米銀顆粒在絲素蛋白質肽鏈表面和微孔內牢固吸附而構成；其納米銀的含量為1％-5％重量，所述絲素的粒徑為30-300納米，所述納米銀的粒徑為1-100納米。
2.根據權力要求1所述的一種以絲素固載的納米銀抗菌粉體，其特征在于所述的蠶絲為家蠶絲、野蠶絲、柞蠶絲、蓖麻蠶絲、蜘蛛絲或由基因工程生產的類蠶絲。
3.一種以絲素固載的納米銀抗菌粉體的制備方法，其特征在于包括蠶絲經脫膠、溶解液溶解制備絲素溶液，所得絲素溶液與一定濃度硝酸銀溶液反應，反應液經過濾、清洗、干燥等工藝制備絲素固載納米銀抗菌粉體。
4.根據權力要求3所述的一種以絲素固載的納米銀抗菌粉體的制備方法，其特征在于所述的溶解液為稀鹽酸溶液、稀硫酸溶液、CaCl2水溶液、CaCl2-乙醇-水三元混合溶液中的一種。
5.根據權力要求3所述的一種以絲素固載的納米銀抗菌粉體的制備方法，其特征在于所述的硝酸銀溶液的濃度為0.001～0.01mol·L-1。
6.根據權力要求3所述的一種以絲素固載的納米銀抗菌粉體的制備方法，其特征在于所述的絲素溶液與硝酸銀溶液反應的pH值調整在3～11之間；反應溫度控制在5～50℃之間；反應時間為8-12h。
7.根據權力要求3所述的一種以絲素固載的納米銀抗菌粉體的制備方法，其特征在于對獲得的絲素固載的納米銀溶液進行真空冷凍或噴霧干燥，可制得絲素平均粒度在30～300nm，銀顆粒在1-70nm之間的均勻顆粒。
全文摘要
本發明涉及一種以天然高分子材料絲素為載體的納米銀抗菌粉體及其制備方法，所述抗菌材料由納米銀顆粒牢固吸附在絲素蛋白質肽鏈表面及微孔內構成，其納米銀的含量為1％－5％重量，所述絲素的粒徑為30－300納米，所述納米銀的粒徑為1－100納米。本發明的產品可廣泛用于化妝品、保健食品、酶固定化材料、生物傳感器、人工皮膚、人工肌肉、化纖、涂料、搪瓷、塑料用品、家電制品、醫療衛生用品等領域。該產品原料來源廣泛、生產工藝簡單、克服了當今市場上眾多銀型抗菌劑制備過程中加入許多化學穩定劑和還原劑等有害成分，具有優異的生物相容性，對人體無毒、無害、無免疫反應，具有很高的經濟和社會價值。
文檔編號A01N59/16GK101044848SQ20071001430
公開日2007年10月3日 申請日期2007年4月3日 優先權日2007年4月3日
發明者艾仕云, 曲祥金, 周杰, 李金煥, 時偉杰, 馬治軍, 李曉晨 申請人:山東農業大學