一种杀菌纳米银水凝胶及其制备方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102860325 A (43)申请公布日 2013.01.09 CN 102860325 A *CN102860325A* (21)申请号 201210335231.9 (22)申请日 2012.09.12 A01N 59/16(2006.01) A01N 25/04(2006.01) A01P 1/00(2006.01) (71)申请人 江南大学 地址 214122 江苏省无锡市蠡湖大道 1800 号 (72)发明人 沈晓芳 马芸 庞月红 徐罕琦 (54) 发明名称 一种杀菌纳米银水凝胶及其制备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种杀菌纳米银水凝胶及其制 备方法，。

2、 制作过程为 ： 第一步 ： 以硝酸银和半胱氨 酸为原料溶解于纯水中制备半胱氨酸 - 银离子配 合物 ； 第二步 ： 将该配合物溶液作为前体， 利用紫 外光辐照产生的水化电子和自由基对前体溶液中 银离子进行还原制备纳米银溶胶 ； 半胱氨酸通过 巯基与银作用来包被纳米银 ； 半胱氨酸的氨基与 羧酸作为亲水残基网络水分子形成水凝胶， 从而 制得纳米银水凝胶 ； 本发明与现有的纳米银水凝 胶制备方法相比， 具有制备原材料少、 制备方法简 单、 抑菌效果好、 稳定性好等优点， 可以在空气中 暴露一年无明显变化。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 4 页 (19)中华人民。

3、共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 4 页 1/1 页 2 1. 一种杀菌纳米银水凝胶及其制备方法， 其特征在于 ： 制作步骤如下 第一步 ： 以硝酸银和半胱氨酸为原料溶解于纯水中制备半胱氨酸 - 银离子配合物 ； 第二步 ： 将该配合物溶液作为前体， 利用紫外光辐照产生的水化电子和自由基对前体 溶液中银离子进行还原制备纳米银溶胶 ； 半胱氨酸通过巯基与银作用来包被纳米银 ； 半胱 氨酸的氨基与羧酸作为亲水残基网络水分子形成水凝胶， 从而制得纳米银水凝胶。 2. 根据权利要求 1 所述的一种杀菌纳米银水凝胶及其制备方法， 其特征在于 ： 所述的。

4、 半胱氨酸包括 D 型、 L 型两者中的一种， 或者 D 型与 L 型的混合。 3. 根据权利要求 1 所述的一种杀菌纳米银水凝胶及其制备方法， 其特征在于 ： 所述的 形成水凝胶的浓度条件为半胱氨酸质量占水凝胶总质量的 0.1 -0.15。 4. 根据权利要求 1 所述的一种杀菌纳米银水凝胶及其制备方法， 其特征在于 ： 所述的 硝酸银与半胱氨酸的摩尔浓度比为 1.5 1。 5. 根据权利要求 1 所述的一种杀菌纳米银水凝胶及其制备方法， 其特征在于 ： 所述的 紫外光， 优选 100 瓦高压汞灯辐照。 6. 根据权利要求 1 所述的一种杀菌纳米银水凝胶及其制备方法， 其特征在于 ： 所述的。

5、 辐照时间为 2.5h。 权 利 要 求 书 CN 102860325 A 2 1/6 页 3 一种杀菌纳米银水凝胶及其制备方法 技术领域 ： 0001 本发明属涉及一种纳米凝胶的制备方法， 具体涉及一种粒径分布均匀、 特性稳定 的纳米银水凝胶及其制备方法。 背景技术 ： 0002 随着抗生素、 消毒剂和杀菌剂等化学药物的大量使用， 由耐药性引起的微生物变 异种群越来越多。纳米银作为无机抗菌材料， 可以有效地杀灭细菌、 真菌、 支原体等致病微 生物， 具有其他抗菌材料无法比拟的抗菌活性。 纳米银具有抗菌广谱性、 高效性、 效力持久、 不受 pH 值影响、 安全环保等优点， 被越来越多的认识， 。

6、成为理想的抗菌材料。 0003 通常情况下， 水凝胶是将具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基 团和亲水残基， 亲水残基与水分子结合， 将水分子连接在网状内部形成。 目前水凝胶主要是 由亲水性高分子网络体系 ： 包括多糖类 ( 淀粉、 纤维素、 海藻酸、 透明质酸、 壳聚糖等 )、 多肽 类 ( 胶原、 聚 L- 赖氨酸、 聚 L- 谷胺酸等 ) 和合成聚乙烯、 丙烯酸衍生物 ( 聚丙烯酸， 聚甲基 丙烯酸， 聚丙烯酰胺， 聚 N- 聚代丙烯酰胺等 ) 构成。 0004 由于具有优良的生物兼容性和医药领域巨大应用潜力， 蛋白质和多肽类水凝胶成 为近年来的研究热点。如 (Zohuria。

7、an-Mehr， M.J.， Pourjavadi， A.， Salimi， H.&Kurdtabar， M.Protein-and homo poly(amino acid)-based hydrogels with super-swelling properties.Polym Advan Technol， 2009， 20， 655-671.)、 (Seliktar， D.Designing Cell-Compatible Hydrogels for Biomedical Applications.Science， 2012， 336， 1124-1128.) 等多篇论文在详细研究并总结。

8、了蛋白质和多肽形成水凝胶的条件。近年来， 科学家们通过简化并优化多肽结构， 由寡肽甚至两个氨基酸连接的二肽制备出了的非共 价水凝胶， 并应用于体外抗菌药物可控释放等领域。(Salick， D.A.， Kretsinger， J.K.， Pochan， D.J.&Schneider， J.P.Inherent antibacterial activity of a peptide-based beta-hairpin hydrogel.J Am Chem Soc， 2007， 129， 14793-14799.)、 (Liang， G.L.et al.Supramolecular Hydroge。

9、l of a D-Amino Acid Dipeptide for Controlled Drug Release in Vivo.Langmuir， 2009， 25， 8419-8422.)、 (Ryan， D.M.&Nilsson， B.L.Self-assembled amino acids and dipeptides as noncovalent hydrogels for tissue engineering.Polym Chem-Uk.2012， 3， 18-33.)。同时也有科学家在不断探索二 肽水凝胶的构成条件， 如 (Pasc， A.， Akong， F.O.， Cosg。

10、un， S.&Gerardin， C.Differences between beta-Ala and Gly-Gly in the design of amino acids-based hydrogels. Beilstein J Org Chem， 2010， 6， 973-977.)、 (Johnson， E.K.， Adams， D.J.&Cameron， P.J.Directed Self-Assembly of Dipeptides to Form Ultrathin Hydrogel Membranes. J Am Chem Soc， 2010， 132， 5130-5136.。

11、)。 0005 将广谱抗菌的纳米银制备成为水凝胶在医药领域将有广阔的应用前景。从目前 国际和国内所发表的研究论文和申请的发明专利可以看出， 基本策略是先在高温液相条 件下还原银离子制备纳米银颗粒， 然后将合成好的纳米银添加到可以制备水凝胶的高分 说 明 书 CN 102860325 A 3 2/6 页 4 子凝胶剂中， 如 ： (Roy， S.&Banerjee， A.Amino acid based smart hydrogel ： formation， characterization and fluorescence properties of silver nanoclusters w。

12、ithin the hydrogel matrix.Soft Matter， 2011， 7， 5300-5308.)、 (Shen， J.S.&Xu， B.In situ encapsulating silver nanocrystals into hydrogels.Agreensignaling platform for thiol-containing amino acids or small peptides.Chem Commun， 2011， 47， 2577-2579.)、 (“壳聚糖纳米银水凝胶剂及其应用” ， 专利申请号为 ： 200810016256.6) 和 ( “一种。

13、纳米银妇用抗菌凝胶及其制备方法” ， 专利申请号 200810123375.1) 等。以上方法需 要多步合成， 在制作时需要加入大量的还原剂、 稳定剂、 高分子凝胶剂等， 增加了制作工艺、 原材料以及成本。 发明内容 ： 0006 本发明专利针对现有技术的不足， 提供一种采用原料少、 制作工艺简单、 抑菌效果 好、 且制得的胶粒径分布范围窄、 均匀的纳米银水凝胶及其制备方法。 0007 为了实现上述目的， 本发明专利制作步骤如下 ： 0008 第一步 ： 以硝酸银和半胱氨酸为原料溶解于纯水中制备半胱氨酸 - 银离子配合 物 ； 0009 第二步 ： 将该配合物溶液作为前体， 利用紫外光辐照产生。

14、的水化电子和自由基对 前体溶液中银离子进行还原制备纳米银溶胶 ； 半胱氨酸通过巯基与银作用来包被纳米银 ； 半胱氨酸的氨基与羧酸作为亲水残基网络水分子形成水凝胶， 从而制得纳米银水凝胶。 0010 所述的半胱氨酸包括 D 型、 L 型两者中的一种， 或者 D 型与 L 型的混合。 0011 所述的形成水凝胶的浓度条件为半胱氨酸质量占水凝胶总质量的0.1-0.15。 0012 所述的硝酸银与半胱氨酸的摩尔浓度比为 1.5 1。 0013 所述的紫外光， 优选 100 瓦高压汞灯辐照。 0014 所述的辐照时间为 2.5h。 0015 本发明专利与现有的纳米银水凝胶制备方法相比， 具有以下优点 ：。

15、 0016 (1) 制备原料少 ： 在本发明中前体溶液中半胱氨酸用做银离子的络合剂 ； 银离子 被还原后半胱氨酸的巯基与纳米银结合作为纳米银的稳定剂 ； 凝胶化过程中半胱氨酸的亲 水性氨基和羧基作为网络水分子的结合剂。 0017 (2) 制备方法简单 ： 制备只需紫外灯即可， 设备的要求不高， 容易实现大批量生 产。 0018 (3) 抑菌效果好、 稳定性好 ： 制得的纳米银粒径分布范围窄、 均匀， 形状规则呈圆 球形 ； 纳米银水凝胶在空气中暴露一年无明显变化， 抑菌用量少， 抑菌效果好。 0019 本发明利用紫外光下照射下溶液生成具有还原性的OH、 H 以及次级自 由基将银离子还原成银原子。

16、， 即制备纳米银 ； 利用具有三个功能基团 (-SH， -NH2， -COOH) 的半胱氨酸， 利用其 -SH 与贵金属银的相互作用功能化纳米银颗粒 ； 利 用 -NH2和 -COOH 形成的氢键网络锁水形成水凝胶。本发明专利具有采用原料少、 产率高、 能耗小、 无污染、 操作简单等优点。 说 明 书 CN 102860325 A 4 3/6 页 5 附图说明 ： 0020 图 1 是制得的纳米银水凝胶的透射电镜 (TEM) 照片。 0021 图 2 是制得的纳米银的能量散射 X 射线 (EDX) 光谱图。 0022 图 3 是制得的纳米银的 X 射线衍射 (XRD) 图。 0023 图 4 。

17、是半胱氨酸与半胱氨酸稳定纳米银的傅立叶红外 (FTIR) 对比图。 0024 图 5 纳米银水凝胶对大肠杆菌 (E.coli) 与金黄色葡萄球菌 (S.aureus) 的抑菌 图。 0025 图 6 纳米银水凝胶对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的生长抑制曲线。 具体实施方式 ： 0026 下面结合具体实施例， 进一步阐述本发明。 0027 实施例 1 ： 0028 在室温条件下， 将 0.12g 半胱氨酸溶解于 100mL 双蒸水中， 形成摩尔浓度为 0.01mol/L 的半胱氨酸溶液 ； 将 0.17g 硝酸银溶于 10mL 双蒸水， 形成摩尔浓度为 0.1mol/ L 的硝酸银溶液 ； 取 10。

18、mL 半胱氨酸溶液和 1.5mL 硝酸银溶液混合均匀， 使其摩尔比为 1 1.5。将混合后的溶液放置在 100W 自镇流荧光高压汞下照射 2.5h， 从而制得纳米银水 凝胶。 0029 实施例 2 ： 0030 本实施例为对实施例 1 中银纳米抑菌材料的结构表征， 具体如下 ： 采用 Tecnai G2 F20 S-Twin 200 KV 场发射透射电子显微镜测定纳米银水凝胶中银纳米颗粒的形貌和元素 组成进行表征， 结果如 TEM 照片 ( 附图 1) 和 EDX 能谱图 ( 附图 2)。样品制备是将纳米银 水凝胶溶于超纯水中， 无水乙醇沉淀后分散在 TEM 铜网上。由 TEM 图可以看出， 。

19、纳米银的粒 径在 5-10nm 之间， 颗粒大小比较均匀， 样品中主要含有 Ag、 S、 C、 O 四种元素。X- 射线衍射 ( 附图 3) 测得样品的特征衍射峰的 2 值依次为 38.2、 44.4、 64.5、 77.5， 显示的 衍射晶面分别为 (111)、 (200)、 (220) 和 (311) 与标准晶态银卡片 (PDF#04-0783) 对照， 测 得的衍射峰与标准图谱的衍射峰能很好的吻合， 说明所制备的样品为银纳米粒子。傅立叶 变换红外光谱 ( 附图 4) 测定得到纳米银水凝胶中含有 L- 半胱氨酸主要功能基团。 0031 实施例 3 ： 0032 本实施例选择的是大肠埃希氏杆。

20、菌和金黄色葡萄球菌作为革兰氏阴性菌与阳性 菌的代表， 对实施例 1 进行了抑菌性的测试 ( 附图 5)。 0033 抑菌圈试验的操作步骤如下 ： 将 LB 琼脂固体培养基灭菌溶化后倒入已灭菌的培 养皿中， 待培养基冷却凝固后， 分别加入 2mL 浓度为 1106CFU/mL 的菌液， 然后用无菌涂布 棒将其涂布均匀， 再用无菌镊子夹取牛津杯， 轻轻放置在平板的中间， 然后将其静置一会， 使其能固定在平板上。然后再移取 2mL 的纳米银水凝胶溶液加入到牛津杯中， 并用无菌水 作为空白对照， 每种菌体做三个平行样。将培养基至于 37的培养箱中培养 24h， 然后用尺 子分别量出抑菌圈的直径， 然后。

21、取平均值。纳米银水凝胶的抑菌效果如图 5 所示， 试验结果 如表 1。 0034 表 1 纳米银水凝胶抑菌圈试验结果 0035 说 明 书 CN 102860325 A 5 4/6 页 6 0036 实施例 4 ： 0037 纳米银水凝胶的最小抑菌浓度 (MIC) 和最小杀菌浓度 (MBC) 测试 ： 采用二倍稀释 法和平板培养法分别来测定纳米银水凝胶对大肠埃希氏杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑 菌浓度和最小杀菌浓度 ( 附图 6)， 具体试验过程如下 ： 0038 (1)最小抑菌浓度 ： 取10只已灭菌的试管， 每一管加入LB液体培养基2mL， 然后向 第1管加入0.70mg/mL(即0.05m。

22、ol/L)的纳米银水凝胶溶液2mL， 混匀后吸取2mL加入到第 2 管中。以此类推， 依照此方法一直稀释到第 9 管， 然后将第 9 管中吸取 2mL 弃之， 第 10 管 作为空白对照组， 试管中加入2mL的无菌水， 混匀后， 吸取2mL， 弃之。 向上述10只试管中分 别加入浓度为 1106CFU/mL 的大肠埃希氏杆菌悬液 0.2mL， 摇匀后， 置于 37恒温培养箱 培养 24 小时， 然后肉眼观察结果。浓度最小且明显不浑浊的试管所含纳米银水凝胶的浓度 即为该抑菌材料的最小抑菌浓度。试验结果如表 2 所示。 0039 表 2 纳米银水凝胶的最小抑菌浓度试验结果 0040 说 明 书 C。

23、N 102860325 A 6 5/6 页 7 0041 由表 2 可知， 纳米银水凝胶对大肠埃希氏杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度 是 ： 43.75mg/L。 0042 (2) 最小杀菌浓度 ： 利用测定最低抑菌浓度以上各试管培养物， 分别吸取 0.1mL 涂 布在已灭菌的LB琼脂培养基上， 在37的恒温培养箱中培养24h， 然后用肉眼观察结果。 纳 米银水凝胶溶液用量最少且菌落数少于 5 个的培养基平板所对应的银纳米溶液浓度即为 该材料的最小杀菌浓度。试验结果如表 3 所示。 0043 表 3 纳米银水凝胶的最小杀菌浓度试验结果 0044 0045 由表 3 可知， 纳米银水凝胶对大肠。

24、埃希氏杆菌和金黄色葡萄球菌的最小杀菌浓度 均为 350mg/L。 说 明 书 CN 102860325 A 7 6/6 页 8 0046 以上结果表明， 本发明专利纳米银水凝胶具有很强的抑菌杀菌能力， 且对常见的 革兰氏阳性菌和阴性菌均能产生显著的抑制作用 ； 当纳米银水凝胶的浓度达到 0.35mg/mL 时， 即可杀死绝大多数常见的细菌。 说 明 书 CN 102860325 A 8 1/4 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102860325 A 9 2/4 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 102860325 A 10 3/4 页 11 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102860325 A 11 4/4 页 12 图 6 说 明 书 附 图 CN 102860325 A 12 。