本發(fā)明屬于生物醫(yī)藥復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種抗菌的羧甲基殼聚糖/納米氧化鋅復(fù)合微球及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

納米氧化鋅(nZnO)是一種具有優(yōu)良抑菌性能的納米金屬氧化物，美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)已將nZnO列入五種安全的鋅化合物之一。抗菌能力強、無刺激性、熱穩(wěn)定好、來源豐富、價格低廉，且自身為白色，因此近年來nZnO作為抗菌劑被逐漸用在化妝品、紡織品和衛(wèi)生陶瓷中。

然而納米材料與普通材料的性質(zhì)明顯不同，其對人體健康潛在危害性尚不明確。國內(nèi)外已有許多研究證明：粒徑越小、濃度越大的nZnO抑菌性能越好，但同時對細胞的毒性越大。因此，nZnO在安全劑量范圍內(nèi)的控制釋放是解決上述問題的重要方法。用生物安全性好的可降解高分子材料將藥物包附，利用高分子材料生物降解來控制藥物的毒性是常用的控制藥物劑量的方法，而這其中，天然高分子材料又因來源廣泛、無毒性、生物相容性好、制備工藝環(huán)保等優(yōu)點倍受青睞。

中國專利CN 104416986 A“納米氧化鋅抗菌復(fù)合材料”中，采用聚氨酯與nZnO共混，通過注塑成型，制備成復(fù)合抗菌材料。其特點是制備簡便、產(chǎn)物機械性能良好，但未涉及具體抗菌性能的評價。

中國專利CN 104928799 A“一種可持續(xù)抗菌的納米氧化鋅海藻纖維的制備方法”中，采用海藻纖維作為高分子基底，利用濕法靜電紡絲制備了納米氧化鋅/海藻纖維復(fù)合抗菌材料。該發(fā)明的特點是nZnO在電紡纖維中分布均勻，生成的海藻酸鹽有助促進創(chuàng)口修復(fù)。但制備工藝繁瑣，涉及凝固浴再溶解再紡絲等多步。

殼聚糖及其水溶性衍生物具有無毒性、可降解性與良好的生物相容性等特點，同時還是一種廣譜抑菌劑，在制藥、印染、廢水處理和化妝品等領(lǐng)域也同樣得到廣泛的應(yīng)用和研究。在制藥領(lǐng)域，殼聚糖被廣泛用作藥物載體，用于負載包括基因藥物在內(nèi)的多種藥物，具有工藝簡單、安全可靠的優(yōu)點。

中國專利CN 104874008 A“一種醫(yī)用生物抗菌敷料的制備方法”，采用甘薯淀粉、殼聚糖為主要原料，摻入nZnO和三七為主要輔料，制備了一種新型的醫(yī)用生物抗菌敷料。該發(fā)明創(chuàng)新性地利用中藥三七與nZnO共同作用，有效地提高了敷料的抗菌性能，但未涉及nZnO在材料中的分散情況，且制備原材料多達八種以上，較為復(fù)雜。

中國專利CN101366969“氧化鋅作為殼聚糖生物膜的增強劑的用途”，采用溶液澆注法，直接將殼聚糖的醋酸溶液澆筑于nZnO粉末上干燥成膜，該方法制備的共混膜抗菌性良好，但nZnO在薄膜的分散性未得到解決，且酸性溶液對于納米氧化鋅復(fù)合材料存在較大的影響。

Gurpreet等采用冷凍干燥法制備了殼聚糖與nZnO的復(fù)合材料(Facile fabrication and characterization of chitosan-based zinc oxide nanoparticles and evaluation of their antimicrobial and antibiofilm activity,Int Nano Lett(2014)4:107)，該方法的特點是nZnO不會由于殼聚糖的酸溶性而損耗，但由于冷凍的條件，產(chǎn)物的形貌難以控制，形成微球包覆氧化鋅的制備條件非?？量獭?/p>

針對上述nZnO在應(yīng)用中的生物安全性問題，及目前nZnO復(fù)合材料的研究狀態(tài)。本發(fā)明以水溶性殼聚糖為高分子載體制備nZnO復(fù)合微球，從而解決在酸性的殼聚糖溶液中ZnO的反應(yīng)問題。目前國內(nèi)外尚未見以羧甲基殼聚糖為載體制備nZnO復(fù)合微球的研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種抗菌的羧甲基殼聚糖/納米氧化鋅復(fù)合微球的制備方法。本發(fā)明制備方法采用噴霧干燥原理，利用羧甲基殼聚糖復(fù)合納米氧化鋅，制備得到不同nZnO含量的羧甲基殼聚糖/納米氧化鋅復(fù)合微球。

本發(fā)明另一目的在于提供上述方法制備的羧甲基殼聚糖/納米氧化鋅復(fù)合微球。本發(fā)明的羧甲基殼聚糖/納米氧化鋅復(fù)合微球粒徑小，納米氧化鋅在微球中分散均勻，具有顯著提高的抑菌性能。

本發(fā)明再一目的在于提供上述羧甲基殼聚糖/納米氧化鋅復(fù)合微球在創(chuàng)面修復(fù)材料、食品藥品包裝材料和藥物載體材料中的應(yīng)用，可有效抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等細菌的生長。

本發(fā)明的目的通過下述方案實現(xiàn)：

一種羧甲基殼聚糖/納米氧化鋅復(fù)合微球的制備方法，包括以下步驟：

將nZnO加入到羧甲基殼聚糖的水溶液中，超聲振蕩使其分散均勻，靜置，得到羧甲基殼聚糖與nZnO的混合懸浮液；將上述懸浮液利用噴霧干燥儀進行噴霧干燥，得到羧甲基殼聚糖/納米氧化鋅復(fù)合微球。

在其中一個實施例中，所述nZnO的用量為羧甲基殼聚糖質(zhì)量的6～10％。

在其中一個實施例中，所用羧甲基殼聚糖的粘度為200～800mpa·s。

在其中一個實施例中，所述羧甲基殼聚糖的水溶液的質(zhì)量濃度為0.8～2.0％。

在其中一個實施例中，所述噴霧干燥的參數(shù)為送料速率20～35％；進口溫度為190～220℃。

在其中一個實施例中，所用的噴霧干燥儀為瑞士有限公司型號B290。

在其中一個實施例中，所用的nZnO為自制的或購買得到的均可，粒徑優(yōu)選為5～50nm。

本發(fā)明提供上述方法制備得到的羧甲基殼聚糖/納米氧化鋅復(fù)合微球，其粒徑為1～10μm。

本發(fā)明的羧甲基殼聚糖/納米氧化鋅復(fù)合微球具有顯著的抑菌性能，在1mg/mL的濃度下對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌的24h抑菌率均達到80％以上。且生物毒性低，如nZnO含量8wt％的復(fù)合微球在濃度小于等于125mg/mL時NIH-3T3細胞24h存活率均高于90％。本發(fā)明的羧甲基殼聚糖/納米氧化鋅復(fù)合微球可應(yīng)用于創(chuàng)面修復(fù)材料、食品藥品包裝材料和藥物載體材料中。

本發(fā)明利用羧甲基殼聚糖復(fù)合納米氧化鋅，其一定粘度具有較好裝載性及外觀可控性，通過噴霧干燥，物料經(jīng)霧化后，水分瞬間迅速汽化，得到外觀形貌為微球或微囊狀的顆粒，可用于藥物的裝載。本發(fā)明方法原料安全無毒，不涉及有毒有害液體及其他揮發(fā)性試劑，工藝簡單可控，產(chǎn)率高，易于工業(yè)化大批量生產(chǎn)。且制備得到的羧甲基殼聚糖/納米氧化鋅復(fù)合微球粒徑小，納米氧化鋅在微球中分散均勻，顯著提高了復(fù)合微球的抑菌性能，不同納米氧化鋅含量的復(fù)合微球?qū)Φ湫偷母锾m氏陽性菌和陰性菌24小時的抑菌率均高于80％，有效抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等細菌的生長，滿足日常生活中食品藥品包裝、細菌性創(chuàng)口感染的修復(fù)等不同材料對復(fù)合微球抗菌性的需求，可廣泛應(yīng)用于創(chuàng)面修復(fù)、食品藥品包裝和藥物載體等領(lǐng)域中。

附圖說明

圖1為實施例1的復(fù)合微球的微觀形貌。

圖2為實施例2的復(fù)合微球的微觀形貌。

圖3為實施例3的復(fù)合微球的微觀形貌。

圖4為實施例4的復(fù)合微球的微觀形貌。

圖5為實施例1、實施例2的復(fù)合微球細胞毒性測試結(jié)果。

圖6為本發(fā)明制備方法流程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

本發(fā)明實施例中所用試劑均可從商業(yè)渠道獲得。本發(fā)明制備方法流程示意圖見圖6。

本發(fā)明實施例中噴霧干燥裝置為小型噴霧干燥儀(B-290，)。

本發(fā)明實施例中羧甲基殼聚糖/納米氧化鋅復(fù)合微球表征：采用TM3030(Tabletop Microscope，MITACHI)表征形貌；采用國家標準GBT 21510-2008中粉末抗菌性能試驗方法對抑菌性能進行測試，試驗菌種為大腸桿菌(E.coli，ATCC25922)和金黃色葡萄球菌(S.aureus，ATCC6538)；采用CCK-8試劑盒對細胞毒性進行測試，試驗細胞為小鼠成纖維細胞NIH-3T3。

實施例1

應(yīng)用羧甲基殼聚糖與納米氧化鋅(粒徑～10nm)以100:8質(zhì)量比制備復(fù)合微球的步驟如下：

(1)稱取5g羧甲基殼聚糖粉末(SIGMA-ALDRICH，粘度200～800mpa·s)加入到300mL去離子水中，并用攪拌器進行攪拌，待粉末完全溶解后，得到1.67wt％的溶液；

(2)nZnO的制備：將乙酸鋅與二甲基砜溶于甲醇中制備成0.015mol/L的溶液，在其中緩慢滴入0.001mol/L的氫氧化鉀的甲醇溶液，反應(yīng)12h后獲得透明的溶膠，加入去離子水使納米顆粒結(jié)晶沉淀，經(jīng)離心分離并用乙醇洗滌沉淀后干燥獲得粉末狀nZnO；

(3)稱取步驟(2)中所得的nZnO粉末(直徑約10nm)0.4g，以納米氧化鋅/羧甲基殼聚糖＝8wt％的比例加入到步驟(1)所得羧甲基殼聚糖溶液中，并用超聲振蕩儀振蕩20min進行分散，待分散均勻后靜置備用；

(4)將步驟(3)得到的混合懸浮液用噴霧干燥儀進行噴霧干燥，進口溫度為220℃，進氣量為90％，給料速率為7.5mL/min，得到的復(fù)合微球粉末儲存于防潮箱中備用。

所得復(fù)合微球微觀上呈球形或微囊形，表面光滑，見圖1；復(fù)合微球在1mg/mL濃度下對大腸桿菌ATCC25922抑菌率為98.9％，對金黃色葡萄球菌ATCC6538抑菌率為99.9％，具體見表1；在125mg/mL濃度下NIH-3T3細胞24小時細胞存活率為94.5％，而同濃度下純nZnO組的細胞存活率僅為52.6％，見圖5。

實施例2

應(yīng)用羧甲基殼聚糖與納米氧化鋅(粒徑～30nm)以100:8質(zhì)量比制備復(fù)合微球的步驟如下：

(1)稱取5g羧甲基殼聚糖粉末(SIGMA-ALDRICH，粘度200～800mpa·s)加入到300mL去離子水中，并用攪拌器進行攪拌，待粉末完全溶解后，得到1.67wt％的溶液；

(2)稱取納米氧化鋅粉末(ALADDIN，直徑30±10nm)0.4g，以納米氧化鋅/羧甲基殼聚糖＝8wt％的比例加入到步驟(1)所得羧甲基殼聚糖溶液中，并用超聲振蕩儀振蕩20min進行分散，待分散均勻后靜置備用；

(3)將步驟(2)得到的混合懸浮液用噴霧干燥儀進行噴霧干燥，進口溫度為220℃，進氣量為90％，給料速率為7.5mL/min，得到的復(fù)合微球粉末儲存于防潮箱中備用。

所得復(fù)合微球微觀上呈球形或微囊形，表面光滑好，見圖2；復(fù)合微球在1mg/mL的濃度下對大腸桿菌ATCC25922的抑菌率為99.9％，對金黃色葡萄球菌ATCC6538的抑菌率為97.3％，具體見表1；在125mg/mL濃度下NIH-3T3細胞24小時細胞存活率為96.2％，而同濃度下純nZnO組的細胞存活率僅為58.0％，見圖5。

實施例3

應(yīng)用羧甲基殼聚糖與納米氧化鋅(粒徑～30nm)以100:6質(zhì)量比制備復(fù)合微球的步驟如下：

一種羧甲基殼聚糖/納米氧化鋅復(fù)合微球的制備方法，包括以下步驟：

(1)稱取5g羧甲基殼聚糖粉末(SIGMA-ALDRICH，粘度200～800mpa·s)加入到300mL去離子水中，并用攪拌器進行攪拌，待粉末完全溶解后，得到1.67wt％的溶液；

(2)稱取納米氧化鋅粉末(ALADDIN，直徑30±10nm)0.3g，以納米氧化鋅/羧甲基殼聚糖＝6wt％的比例加入到羧甲基殼聚糖溶液中，并用超聲振蕩儀振蕩20min進行分散，待分散均勻后靜置備用；

(3)將步驟(2)得到的混合懸浮液用噴霧干燥儀進行噴霧干燥，進口溫度為220℃，進氣量為90％，給料速率為7.5mL/min，得到的復(fù)合微球粉末儲存于防潮箱中備用。

所得復(fù)合微球微觀上多呈球狀或囊狀，微球尺寸較小，見圖3；復(fù)合微球在1mg/mL的濃度下對大腸桿菌ATCC25922抑菌率為88.0％，對金黃色葡萄球菌ATCC6538抑菌率為86.0％，具體見表1。

實施例4

應(yīng)用羧甲基殼聚糖與納米氧化鋅(粒徑～30nm)以100:10質(zhì)量比制備復(fù)合微球的步驟如下：

一種羧甲基殼聚糖/納米氧化鋅復(fù)合微球的制備方法，包括以下步驟：

(1)稱取5g羧甲基殼聚糖粉末(SIGMA-ALDRICH，粘度200～800mpa·s)加入到300mL去離子水中，并用攪拌器進行攪拌，待粉末完全溶解后，得到1.67wt％的溶液；

(2)稱取納米氧化鋅粉末(ALADDIN，直徑30±10nm)0.5g，以納米氧化鋅/羧甲基殼聚糖＝10wt％的比例加入到羧甲基殼聚糖溶液中，并用超聲振蕩儀振蕩20min進行分散，待分散均勻后靜置備用；

(3)將步驟(2)得到的混合懸浮液用噴霧干燥儀進行噴霧干燥，進口溫度為220℃，進氣量為90％，給料速率為7.5mL/min，得到的復(fù)合微球粉末儲存于防潮箱中備用。

所得復(fù)合微球微觀上多呈囊狀，微球尺寸較大，結(jié)果見圖4；復(fù)合微球在1mg/mL的濃度下對大腸桿菌ATCC25922抑菌率為99.9％，對金黃色葡萄球菌ATCC6538抑菌率為99.5％，具體見表1。

表1羧甲基殼聚糖/納米氧化鋅復(fù)合微球的抑菌性能

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。