基于溶菌酶纳米薄膜制备三维自支撑薄膜的方法与流程

本发明涉及一种绿色环保、简单高效且具有广泛的普适性的三维自支撑薄膜的制备方法。

背景技术

具有特殊胶体结构和性质的金属、无机或蛋白质三维胶囊由于其具有隔离的空间和可控的渗透性等多功能和潜在的应用，在药物/基因递送、催化、传感器、医药、化妆品等不同领域中具有广泛应用而被特别关注。制造能够封装各种材料的微米和纳米尺寸的胶囊(或壳)具有科学和技术的双重意义。到目前为止，已经开发了广泛的中空结构，如聚合体、多层胶囊和空心微球。胶囊的结构和形态在确定胶囊的性质和功能方面起着关键的作用。虽然已经有了各种制备三维胶囊的方法，然而其大多制备方法复杂，成本高昂，生物相容性较差，例如层层自组装技术(lbl)，很难满足工业上的迫切需要。又例如，嵌在固体壳中的颗粒(核-壳颗粒)已被广泛用作微胶囊，用于药物的控制释放和靶向以及用于保护诸如酶和蛋白质等敏感剂。这样的颗粒可以通过界面聚合或通过聚合物-溶剂混合物的相分离来制备。然而，它们的制造面临许多常见的问题，包括多分散性、不均匀的壳层覆盖和核心固化。因此，提供一种能够设计并制作各种类别的三维胶囊的方法显得迫切的需要。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述不足，提供一种操作简便、成本低廉、绿色环保的制备三维自支撑薄膜的方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成：

1、微纳米颗粒的改性

将1～100mmol/l三(2-羧乙基)膦的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液用naoh调节至ph值为5.0～10.0，然后将其与1～50mg/ml溶菌酶的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液混合均匀，再将微纳米颗粒浸没在所得混合液中，室温下培育20～60分钟，使微纳米颗粒表面形成一层溶菌酶纳米薄膜，离心、洗涤，得到溶菌酶包覆的微纳米颗粒。

2、制备三维自支撑薄膜

将溶菌酶包覆的微纳米颗粒内部的微纳米颗粒除去，得到溶菌酶三维自支撑薄膜；或者通过无电沉积法在溶菌酶包覆的微纳米颗粒表面沉积一层金属粒子后，再除去其内部的微纳米颗粒，得到金属三维自支撑薄膜；或者通过生物矿化在溶菌酶包覆的微纳米颗粒表面生长一层羟基磷灰石后，再除去其内部的微纳米颗粒，得到羟基磷灰石三维自支撑薄膜。

上述制备方法中，所述的微纳米颗粒为caco3颗粒时，在步骤2中，将溶菌酶包覆的微纳米颗粒浸没在0.01～1mol/l乙二胺四乙酸二钠水溶液中，室温下培育30～90分钟，得到溶菌酶三维自支撑薄膜。

上述制备方法中，所述的微纳米颗粒为聚苯乙烯微球时，在步骤2中，将溶菌酶包覆的微纳米颗粒表面负载钯离子后，再通过无电沉积法沉积一层金属粒子，然后焙烧除去微纳米颗粒，得到金属三维自支撑薄膜，其中所述的金属为铜或银。

上述制备方法中，所述的微纳米颗粒为聚苯乙烯微球时，在步骤2中，将溶菌酶包覆的微纳米颗粒表面鳌合ca² 后，浸入模拟体液中，在37℃下保持7～10天，然后焙烧除去微纳米颗粒，得到羟基磷灰石三维自支撑薄膜。

本发明的有益效果如下：

1、本发明以微纳米颗粒为模板，基于溶菌酶相转变在其表面包覆一层溶菌酶纳米薄膜，直接除去模板即可得到溶菌酶三维自支撑薄膜。本发明还可通过无电沉积法在溶菌酶包覆的微纳米颗粒表面沉积一层金属粒子或者通过生物矿化在溶菌酶包覆的微纳米颗粒表面生长一层羟基磷灰石，再除去模板，即可得到金属三维自支撑薄膜或羟基磷灰石三维自支撑薄膜。

2、本发明制备过程短暂且简单易于操作，同时成本低廉、绿色环保，可用于制备有机类、无机类和金属类三维自支撑薄膜，具有广泛的普适性，易实现大规模工业应用，且所得三维自支撑薄膜的大小、形状可通过模板调控。

附图说明

图1是实施例1得到的溶菌酶三维自支撑薄膜的光学显微图。

图2是实施例2得到的表面沉积银粒子的聚苯乙烯微球的扫描电子显微图。

图3是实施例2得到的银三维自支撑薄膜的扫描电子显微图。

图4是实施例2得到的银三维自支撑薄膜的能谱图。

图5是实施例3得到的表面沉积铜粒子的聚苯乙烯微球的扫描电子显微图。

图6是实施例3得到的铜三维自支撑薄膜的扫描电子显微图。

图7是实施例3得到的铜三维自支撑薄膜的能谱图。

图8是实施例4得到的羟基磷灰石三维自支撑薄膜的扫描电子显微图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。

实施例1

1、caco3颗粒的改性

将10ml5mmol/l三(2-羧乙基)膦的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液用naoh调节至ph值为7.0，然后将其与10ml1mg/ml溶菌酶的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液混合均匀，再将粒径为10μm的caco3颗粒浸没在所得混合液中，室温下培育50分钟，使caco3颗粒表面形成一层溶菌酶纳米薄膜，最后经过离心、去离子水洗涤，得到溶菌酶包覆的caco3颗粒。

2、制备溶菌酶三维自支撑薄膜

将溶菌酶包覆的caco3颗粒浸没在0.1mol/l乙二胺四乙酸二钠水溶液中，室温下培育60分钟，得到溶菌酶三维自支撑薄膜，如图1所示。

实施例2

1、聚苯乙烯微球的改性

将10ml50mmol/l三(2-羧乙基)膦的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液用naoh调节至ph值为5.0，然后将其与10ml2mg/ml溶菌酶的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液混合均匀，再将粒径为10μm的聚苯乙烯微球浸没在所得混合液中，室温下培育40分钟，使聚苯乙烯微球表面形成一层溶菌酶纳米薄膜，最后经过离心、去离子水洗涤，得到溶菌酶包覆的聚苯乙烯微球。

2、制备银三维自支撑薄膜

将溶菌酶包覆的聚苯乙烯微球浸没在0.007g/ml四氯钯酸铵水溶液中，室温下培育15分钟，离心、去离子水洗涤，得到表面负载钯离子的聚苯乙烯微球；将质量分数为1％的银氨溶液与质量分数为4％的酒石酸钾钠水溶液等体积混合均匀，然后将表面负载钯离子的聚苯乙烯微球浸没在其中，室温下培育15分钟，离心、去离子水洗涤，得到表面沉积银粒子的聚苯乙烯微球，如图2所示。将表面沉积银粒子的聚苯乙烯微球置于马弗炉中，350℃焙烧1小时，除去聚苯乙烯微球，得到银三维自支撑薄膜，如图3所示。图4的能谱进一步说明得到了纯银的三维自支撑薄膜。

实施例3

1、聚苯乙烯微球的改性

将10ml10mmol/l三(2-羧乙基)膦的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液用naoh调节至ph值为6.0，然后将其与10ml2mg/ml溶菌酶的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液混合均匀，再将粒径为10μm的聚苯乙烯微球浸没在所得混合液中，室温下培育40分钟，使聚苯乙烯微球表面形成一层溶菌酶纳米薄膜，最后经过离心、去离子水洗涤，得到溶菌酶包覆的聚苯乙烯微球。

2、制备铜三维自支撑薄膜

将溶菌酶包覆的聚苯乙烯微球浸没在0.007g/ml四氯钯酸铵水溶液中，室温下培育15分钟，离心、去离子水洗涤，得到表面负载钯离子的聚苯乙烯微球；将含有12g/l氢氧化钠、13g/l五水合硫酸铜、29g/l酒石酸钾钠的水溶液与10ml/l甲醛水溶液等体积混合均匀，然后将表面负载钯离子的聚苯乙烯微球浸没在其中，室温下培育15分钟，离心、去离子水洗涤，得到表面沉积铜粒子的聚苯乙烯微球，如图5所示。将表面沉积铜粒子的聚苯乙烯微球置于马弗炉中，350℃焙烧1小时，除去聚苯乙烯微球，得到铜三维自支撑薄膜，如图6所示。图7的能谱进一步说明得到了纯铜的三维自支撑薄膜。

实施例4

1、聚苯乙烯微球的改性

将10ml1mmol/l三(2-羧乙基)膦的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液用naoh调节至ph值为7.0，然后将其与10ml1mg/ml溶菌酶的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液混合均匀，再将粒径为10μm的聚苯乙烯微球浸没在所得混合液中，室温下培育40分钟，使聚苯乙烯微球表面形成一层溶菌酶纳米薄膜，最后经过离心、洗涤，得到溶菌酶包覆的聚苯乙烯微球。

2、制备三维自支撑薄膜

将溶菌酶包覆的聚苯乙烯微球浸没在20mmol/lcacl2水溶液中，室温下浸泡2天，离心、去离子水洗涤，除去未鳌合的ca² ，得到鳌合ca² 的聚苯乙烯微球；将鳌合ca² 的聚苯乙烯微球浸入模拟体液中，在37℃下保持10天，得到羟基磷灰石包覆的聚苯乙烯微球；将羟基磷灰石包覆的聚苯乙烯微球置于马弗炉中，350℃焙烧1小时，除去聚苯乙烯微球，得到羟基磷灰石三维自支撑薄膜，如图8所示。