一种具有光动力抗菌活性的纳米纤维膜的制备方

本发明涉及抗菌材料，尤其是涉及一种具有光动力抗菌活性的纳米纤维膜的制备方法。背景技术：1、细菌纤维素(bacterial cellulose，bc)，是一种天然纳米纤维聚合物，由醋酸菌属、土壤杆菌属、根瘤菌属和八叠球菌属等微生物发酵生成的纤维素总称。细菌纤维素的生产过程简单、生产成本低、自然可降解，满足绿色生产的要求。作为一种生物纤维素，bc具有高结晶度、高聚合度以及良好的生物相容性等诸多优点。细菌纤维素特有的3d立体结构，使其具有比植物纤维素及其他生物纤维素更大的表面积和体积比，在保水透气和防止细菌感染方面表现更加出色。对于纯的bc而言，其自身并不具有抗菌活性，但特殊的结构和表面属性使得在bc上进行抗菌剂的接枝或交联变得较为容易，这也使得它在医疗抗菌领域方面的研究与应用备受关注。2、金属有机骨架(metal-organic frameworks，mofs)是进来最近研究较为广泛的一类多孔纳米结构材料，它以金属离子为节点通过配位作用形成，具有比表面积大、孔隙率高以及金属位点分散良好等特点。沸石咪唑酸盐框架-8(zif-8)作为最受关注的mofs之一，以其诸多优点而被广泛研究：zif-8以锌为金属中心，以2-甲基咪唑(2-meim)为有机配体，通过配位键自组装而成，其中的锌为人体必需元素，咪唑为人体氨基酸的组成部分，它们都有着很好的生物相容性；zif-8具备良好的化学稳定性、水热稳定性，比其他mofs更大的孔径、比表面积，合成过程简单、易于控制。zif-8凭借着其优良的生物相容性、易于修饰及可降解的特性，在生物医学领域已有了非常广泛的研究，特别是在载药方面。3、孟加拉玫瑰红(rose bengal，rb)是一种低成本的阴离子型水溶性ⅱ型光敏剂，在可见光照射下可以释放具有高氧化活性的单线态氧，通过破环细菌细胞膜和细胞成分以杀死细菌，可有效避免细菌产生耐药性。作为一种绿色环保的有机光敏剂，rb有着高单线态氧的量子产率，还有着媲美金属光敏剂的催化效率及更低的激发能量。由于rb在光照条件下会释放单线态氧，具有高细胞毒性；在黑暗条件下细胞毒性小，对人体温和，它在光动力治疗(pdt)方面一直有着不小的研究热度。但是rb结构中的苯环，使其极易在π-π作用下发生聚集从而导致rb荧光猝灭，光敏活性严重下降甚至消失。为此，是否能够避免rb的聚聚猝灭，长久保持其光敏活性，持续发挥抗菌特性对于能否将rb广泛应用于抗菌领域有着极为重要的意义。技术实现思路1、针对现有技术存在的上述问题，本发明申请提供了一种具有光动力抗菌活性的纳米纤维膜的制备方法。本发明申请中纳米纤维膜具有良好的血液相容性、吸水透湿性和拉伸强度等性能，zif-8和rb协同抗菌，抗菌性能优异，且其制备方法简单。2、本发明的技术方案如下：3、本发明的第一个目的是提供一种具有高效光动力抗菌活性的纳米纤维膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：4、将冻干细菌纤维素膜浸入到zn(no3)2·6h2o甲醇溶液中，在室温下搅拌处理4-8h直至细菌纤维素膜发生完全溶胀，得到含细菌纤维素膜的溶液a；5、在磁力搅拌下，将含有2-甲基咪唑和孟加拉玫瑰红的甲醇溶液加入到含细菌纤维素膜的溶液a中，继续搅拌处理4-8h，得到复合材料；6、将复合材料用甲醇洗涤4-6次并冷冻干燥，得到具有光动力抗菌活性的纳米纤维膜(bc/rb@zif-8)。7、在本发明的一个实施例中，所述冻干细菌纤维膜的制备方法为：8、首先配置细菌纤维素(bc)培养液：将2.5g甘露醇、5g胰蛋白胨、3g酵母浸膏溶于100ml去离子水中，将培养液放入高压灭菌锅内121℃、0.103mpa条件下灭菌15min，然后放入超净台中冷却至室温；9、随后，在超净台无菌环境中，将1ml培养液和0.1ml预培养的木醋杆菌菌液(接种量为培养液的10％)滴入24孔板的每个孔中，充分振荡后用封口膜将24孔板四周封住，防止杂菌污染，然后将24孔板置于30℃恒温培养箱静态培养7天形成致密的原始细菌纤维素膜；10、从细菌培养基中收集原始细菌纤维素膜，将原始细菌纤维素膜用去离子水反复水洗3-5次，接着浸入碱液(浓度为1-5wt％的naoh溶液)中在水浴条件下纯化4h，然后在离子水中继续水浴直至膜呈白色，且表面呈中性，得到细菌纤维素膜；最后将细菌纤维素膜冷冻干燥(-10～-5℃)处理1-2天，得到冻干细菌纤维素膜。11、在本发明的一个实施例中，zn(no3)2·6h2o甲醇溶液的浓度为5-50g/l。12、在本发明的一个实施例中，zn(no3)2·6h2o与冻干细菌纤维素膜的质量比为10-50:1。13、在本发明的一个实施例中，含有2-甲基咪唑和孟加拉玫瑰红的甲醇溶液中，2-甲基咪唑的浓度为0.2-1m，孟加拉玫瑰红的浓度为0.5-2mm。14、在本发明的一个实施例中，含有2-甲基咪唑和孟加拉玫瑰红的甲醇溶液与溶液a的体积比为1:0.5-2。15、本发明的第二个目的是提供一种具有高效光动力抗菌活性的纳米纤维膜。16、本发明有益的技术效果在于：17、本发明采用的细菌纤维素是一种以醋酸菌属等微生物发酵而成的天然纳米纤维聚合物，具有非常好的生物相容性，绿色无毒且易降解，纤维表面的亲水基团配合3d多孔结构使其可以容纳大量的水，是维持湿伤口环境的重要参数。18、本发明采用的沸石咪唑酸盐框架-8(zif-8)是以锌为金属中心，咪唑为有机配体组装构建而成的一种多孔结构。zif-8中的zn2+和咪唑都具有抗菌活性，zn2+作为过渡金属粒子对人体毒性小，且具有一定的抗菌能力；咪唑广泛存在于生物体的氨基酸中，生物相容性好，可以用于抗炎抗菌。rb是一种绿色安全的有机光敏剂，在一定波长段内的光线照射下，可以产生具有杀菌效果的单线态氧，在黑暗环境下细胞毒性小，安全无毒。19、本发明将rb加载到zif-8上后，rb分子得到充分分散，单线态氧的产量将会有所提高，且zif-8骨架的包覆有利于rb实现持续稳定的光动力抗菌。20、本发明通过原位生长的方式在细菌纤维素上生长zif-8包埋rb纳米颗粒，有效防止了rb分子聚集产生的荧光猝灭，催化反应过程简单、温和。在制备过程中，表面富含羟基的细菌纤维素作为成核位点，细菌纤维素通过配位作用与zn2+相互作用，然后加入2-甲基咪唑，通过咪唑酸盐和纤维表面锚定的锌离子相互作用，实现rb的高效加载到zif-8骨架中。zif-8的ph响应特性使其在微酸性条件下会持续释放zn2+产生长效抗菌效果，zn2+可以通过在光催化o2产生ros来杀灭细菌，也可以直接吸附并渗入细菌的细胞膜，破坏细胞成分来加速细菌的凋亡；在光照条件下，rb分子被激发后与o2反应可以产生大量具有高细胞毒性的单线态氧，对细菌的形态和功能造成直接伤害；zif-8的多孔结构可以提高rb的单线态氧产量，也可以增强ros的扩散，提高光动力抗菌的功效，两者的协同作用使得bc/rb@zif-8表现出很高的抗菌活性。bc/rb@zif-8对于大肠杆菌(e.coli)和金黄色葡萄球菌(s.aureus)都表现出了非常强劲的抗菌效果，可以杀灭99.99％的e.coli和s.aureus，经光动力抗菌处理后细菌的细胞结构表现出不同程度的损伤，表面严重变形甚至破裂，值得一提的是，该方法并不会引起细菌的耐药性。21、此外，rb@zif-8的负载并没有影响bc本来的高吸水透湿性，bc/rb@zif-8表现出了很好的保水透湿能力，满足湿创伤环境的透气要求。而且bc/rb@zif-8中的锌和咪唑的抗炎抗菌性有利于保持伤口环境的卫生，zn2+的释放还可以加速血液凝固和伤口愈合。bc/rb@zif-8还具有良好的物理拉伸性能、血液相容性、抗氧化性和热稳定性等等。22、本发明所述的纳米纤维膜具备高抗菌活性以及可降解性，且制备流程简单、绿色无污染，使用原料少、简单易获取，成本低。