一种板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的制备方法

1.本发明属于抗菌材料制备技术领域，具体涉及一种板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的制备方法，


背景技术：

2.抗菌材料能够抑制微生物的生长繁殖，成为人类健康防护的重要工具。常用的抗菌材料分为三类：无机抗菌材料、有机抗菌材料和天然抗菌材料。天然抗菌材料主要从动物和植物体提取出来的具有抑菌性能的活性物质。其中，植物源天然抗菌材料是最早被人类投入使用的一种抗菌材料，具有较好的生物相容性和广泛适用性，对人体无毒、无刺激。但是，天然提取物的稳定性比较差，加工和储存困难，抗菌范围较窄，使其应用受到了一定的限制。
3.凹凸棒石是一种天然黏土矿物，具有棒状形貌和多孔结构，同时具有较高的比表面积和丰富的表面活性基团，作为载体材料在功能材料构筑方面得到了广泛的应用。虽然凹凸棒石本身的抗菌活性较弱，但其可以负载天然活性抗菌因子，稳定天然抗菌剂的同时，获得协同增强的抗菌效果（cn113317394a，cn113115862a，cn112715575a,cn11011612a）。cn111195285a公开了利用凹凸棒石固载中草药制备抗菌剂的方法，是将中草药活性组分喷洒于凹凸棒石表面，再经过包封得到抗菌剂。cn11328918a公开了一种凹凸棒石基ph响应抗菌材料的制备方法，喷洒天然抗菌材料于凹凸棒石，再喷洒壳聚糖-柠檬酸，通过席夫碱实现包封。这两种方法都采取表面包封的方式稳定植物活性因子，需要在一定外界条件的刺激下才可以释放出来，应用范围受限。cn110800868a公开了一种低含量甘草霜负载凹凸棒石抗菌饲料的制备方法，是将凹凸棒石和甘草霜混合后调节ph值搅拌一定时间，过滤、洗涤、烘干。该方法采用凹凸棒石直接吸附，又经过洗涤，负载率难以保证。
4.板蓝根是一味药用价值很高的中药材，具有很好的抗菌作用。板蓝根中含有吲哚生物碱类、苯并噁嗪酮类、喹唑啉酮生物碱类、苯乙醇苷类、三萜类、甾体类和木质素等活性成分，具有较强的生物活性。研究证明板蓝根水浸液对金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、枯草杆菌、八联球菌、大肠杆菌、伤寒杆菌、甲型链球菌、肺炎双球菌、流感杆菌、脑膜炎双球菌均有抑制作用（中国药理与临床, 2007, 23: 188-190，中国微生态学杂志, 2003,15: 18-19.），并且其对金黄色葡萄球菌等阳性菌的抗菌效果更好。目前，板蓝根作为抗病毒药物已在临床使用，但其在复合抗菌材料制备方面还有待开发。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的制备方法，所得纳米杂化抗菌材料绿色、安全、稳定，对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均具有高抑制活性。
6.一、板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的制备及结构
本发明提供一种板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的制备方法，包括以下具体步骤：（1）板蓝根水提物制备：称取适量板蓝根经粉碎后加入水回流提取2~5h，过滤，即得板蓝根水提液。其中，板蓝根药材与水的固液比为1:5~1:40（g/ml）。
7.（2）壳寡糖改性凹凸棒石制备：称取一定量的凹凸棒石，加入蒸馏水中配置成凹凸棒石悬浮液，加入壳寡糖，在70~95℃反应4~6h后，离心、干燥、粉碎得壳寡糖改性凹凸棒石。其中，壳寡糖为n-羟丙基三甲基氯化铵壳寡糖、0-羟丙基三甲基氯化铵壳寡糖、羧甲基羟丙基三甲基氯化铵壳寡糖、n-三甲基壳寡糖和n-烷基化壳寡糖中的一种，取代度在26~75%；凹凸棒石悬浮液的质量浓度为2~10%；壳寡糖与凹凸棒石的质量比为1:10~1:50。
8.（3）将壳寡糖改性凹凸棒石分散到板蓝根水提物中，置于摇床室温吸附一定时间，4000rpm离心后于40~80℃干燥2~5h，然后采用臼式研磨仪研磨后再次干燥得到板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料。其中，壳寡糖改性凹凸棒石的浓度为0.01~0.05g/ml；摇床速率为130~260rpm，吸附时间为15~24h；臼式研磨仪的研磨速率为40~80rpm，研磨时间为20~50min，再次干燥温度为60~80
°
c，干燥时间为8~12h。
9.本发明的原理是：壳寡糖是一种天然有机抗菌材料，在抗菌领域得到了广泛应用。壳寡糖分子内存在-nh2、-oh、-cooh等大量亲水极性集团，对植物活性成分具有较好的吸附效果。采用壳寡糖改性凹凸棒石，一方面增强杂化材料的抗菌广谱性，另一方面能够大量吸附板蓝根提取物中的活性成分，将其固载于凹凸棒石表面。
10.图1为本发明制备的板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的红外光谱图，图中显示杂化抗菌材料的图谱中出现了甲基、亚甲基和氨基基团，表明板蓝根和壳寡糖结合到了凹凸棒石上。图2为该杂化材料的热重分析图谱，从50℃到800℃约有20%的质量损失，包括了水分和有机质的去除，其中壳寡糖和板蓝根的分解主要发生在250~600℃之间。
11.二、板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的性能采用菌落计数法来评价实施例中板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的抗菌性能，测试方法如下：按照不同浓度把灭菌后的待测样品均匀分散到营养肉汤培养基中，加入的菌悬液，保持每个样品中菌悬液的浓度为105cfu
·
ml-1
，放入恒温摇床中37℃培养8h；然后取200
µ
l涂覆于琼脂平板中，将接种好的平板置于37℃培养箱中，培养18~24h，观察平板中细菌生长情况。将不含样品接种菌悬液的平板作为阳性对照，不含抗菌样品也不接种菌悬液的琼脂平板作为阴性对照。
12.图3是通过菌落计数法评价的实施例1-5中板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的抗菌性能结果，可以看出，杂化抗菌材料分别在浓度为0.25~2mg/ml和0.25~1mg/ml时对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率可达100%，表明本发明制备的纳米杂化抗菌材料具有优异的广谱抗菌活性。
13.综上所述，本发明具有以下优点：1、利用天然黏凹凸棒石的载体性能，引入壳寡糖修饰，吸附板蓝根中的活性成分，制备一种安全、稳定、高效、广谱的纳米杂化抗菌材料。
14.2、本发明的制备方法简单可行，绿色环保，在获得高性能杂化抗菌材料的同时，实
现凹凸棒石资源的高值利用。
附图说明
15.图1为实施例1中板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的ftir图；图2为实施例1中板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的tga图；图3为实施例1-5中板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的抗菌效果图。
具体实施方式
16.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
17.实施例1：称取板蓝根药材适量2.5g，适当粉碎，加入100ml水回流提取2h，过滤，即得板蓝根水提液；称取2g的凹凸棒石，加入100ml水中配置成2%的悬浮液，加入0.2g取代度为26%的羧甲基羟丙基三甲基氯化铵壳寡糖，在70℃搅拌反应4h，离心，干燥，粉碎，得壳寡糖改性凹凸棒石；按照浓度0.01g/ml，称取壳寡糖改性凹凸棒石，分散到板蓝根水提物中，置于摇床，在室温和130rpm条件下吸附15h，离心后于60℃干燥3h，然后采用臼式研磨仪在40rpm转速下研磨50min，再次60℃干燥12h得板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料。
18.实施例2：称取板蓝根药材适量5g，适当粉碎，加入100ml水回流提取2h，过滤，即得板蓝根水提液；称取3g的凹凸棒石，加入100ml水中配置成3%的悬浮液，加入0.1g取代度为52%的n-烷基化壳寡糖，在95
°
c搅拌反应5h，离心，干燥，粉碎，得壳寡糖改性凹凸棒石；按照浓度0.02g/ml，称取壳寡糖改性凹凸棒石，分散到板蓝根水提物中，置于摇床，在室温和160rpm条件下吸附18h，离心后于40
°
c干燥5h，然后采用臼式研磨仪在50rpm转速下研磨40min，再次70
°
c干燥10h得到板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料。
19.实施例3：称取板蓝根药材适量10g，适当粉碎，加入100ml水回流提取3h，过滤，即得板蓝根水提液；称取4g的凹凸棒石，加入100ml水中配置成4%的悬浮液，加入0.08g取代度为75%的n-羟丙基三甲基氯化铵壳寡糖，在75
°
c搅拌反应6h，离心，干燥，粉碎，得壳寡糖改性凹凸棒石；按照浓度0.03g/ml，称取壳寡糖改性凹凸棒石，分散到板蓝根水提物中，置于摇床，在室温和200rpm条件下吸附20h，离心后于50
°
c干燥4h，然后采用臼式研磨仪在60rpm转速下研磨30min，再次80
°
c干燥8h得到板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料。
20.实施例4：称取板蓝根药材适量15g，适当粉碎，加入100ml水回流提取4h，过滤，即得板蓝根水提液；称取6g的凹凸棒石，加入水中配置成6%的悬浮液，加入0.15g取代度为65%的羧甲基羟丙基三甲基氯化铵壳寡糖，在85
°
c搅拌反应4h，离心，干燥，粉碎，得壳寡糖改性凹凸棒石；按照浓度0.04g/ml，称取壳寡糖改性凹凸棒石，分散到板蓝根水提物中，置于摇床，室温和230rpm条件下吸附22h，离心后于70
°
c干燥2.5h，然后采用臼式研磨仪在70rpm转速下研磨20min，再次70
°
c干燥10h得到板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料。
21.实施例5：称取板蓝根药材适量20g，适当粉碎，加入100ml水回流提取5h，过滤，即得板蓝根水提液；称取8g的凹凸棒石，加入水中配置成8%的悬浮液，加入0.4g为52%的n-烷
基化壳寡糖，在75
°
c搅拌反应5h，离心，干燥，粉碎，得壳寡糖改性凹凸棒石；按照浓度0.05g/ml，称取壳寡糖改性凹凸棒石，分散到板蓝根水提物中，置于摇床，在室温和260rpm条件下吸附24h，离心后于80
°
c干燥2h，然后采用臼式研磨仪在80rpm转速下研磨15min，再次60
°
c干燥12h得到板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料。

技术特征：
1.一种板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的制备方法，其特征在于，通过壳寡糖改性的凹凸棒石吸附板蓝根水提物中的活性成分，通过机械研磨得到稳定的纳米杂化抗菌材料，所述制备方法包括以下具体步骤：（1）板蓝根水提物制备：称取板蓝根经粉碎后加入水回流提取2~5h，过滤，即得板蓝根水提液；（2）壳寡糖改性凹凸棒石制备：将凹凸棒石加入蒸馏水中配置成凹凸棒石悬浮液，加入壳寡糖，在70~95℃反应4~6h后，离心、干燥、粉碎得壳寡糖改性凹凸棒石；（3）将壳寡糖改性凹凸棒石分散到板蓝根水提物中，置于摇床室温吸附一定时间，4000rpm离心后于40~80℃干燥2~5h，然后采用臼式研磨仪研磨后再次干燥得到板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料。2.根据权利要求1所述的一种板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中板蓝根与水的固液比为1:5~1:40。3.根据权利要求1所述的一种板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中壳寡糖为n-羟丙基三甲基氯化铵壳寡糖、0-羟丙基三甲基氯化铵壳寡糖、羧甲基羟丙基三甲基氯化铵壳寡糖、n-三甲基壳寡糖和n-烷基化壳寡糖中的一种，取代度在26~75%。4.根据权利要求1所述的一种板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中凹凸棒石悬浮液的质量浓度为2~10%。5.根据权利要求1所述的一种板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中壳寡糖与凹凸棒石的质量比为1:10~1:50。6.根据权利要求1所述的一种板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中壳寡糖改性凹凸棒石的浓度为0.01~0.05g/ml。7.根据权利要求1所述的一种板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中摇床速率为130~260rpm，吸附时间为15~24h。8.根据权利要求1所述的一种板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中臼式研磨仪的研磨速率为40~80rpm，研磨时间为20~50min。9.根据权利要求1所述的一种板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中干燥温度为60~80℃，干燥时间为8~12h。

技术总结
本发明公开了一种板蓝根-壳寡糖改性凹凸棒石纳米杂化抗菌材料的制备方法。通过壳寡糖改性凹凸棒石，引入活性基团增强凹凸棒石对板蓝根活性物质的吸附，进一步通过机械研磨得到杂化抗菌材料。本发明利用凹凸棒石丰富的孔道结构和表面活性功能基团，使壳寡糖和板蓝根分子与其吸附结合，实现稳定和缓释活性抗菌因子的作用。该制备方法简单，可实现规模化生产；得到的抗菌材料稳定性高，生物相容性好，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均表现出较强的抗菌活性，在动物健康养殖方面具有很好的应用前景。景。


技术研发人员：杨芳芳 王爱勤 惠爱平 康玉茹 卢予沈 朱永峰
受保护的技术使用者：中国科学院兰州化学物理研究所
技术研发日：2023.01.18
技术公布日：2023/9/11