[发明专利]一种层层自组装的复合抗菌薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种层层自组装的复合抗菌薄膜及其制备方法。本发明将纤维素纳米晶体接枝十六烷基三甲基氯化铵，制备了可负载疏水性抗菌活性物质的梳状聚合物季铵化纤维素纳米晶体层；同时，将纤维素纳米纤维与壳聚糖进行交联，构建具有良好力学性能和阻隔性能的基层；再通过层层自组装的方法将以上两层材质复合，形成复合抗菌薄膜。本发明中制备的薄膜具备优异的力学性能和阻隔性能，且可负载对大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和单核增生李斯特菌具有良好的抑菌活性的疏水性抗菌物质，能够在食品领域、生物领域、医学领域、污水处理领域和功能纺织品领域等多种抗菌领域得到应用。

技术领域

本发明属于抗菌材料技术领域，具体涉及一种层层自组装的复合抗菌薄膜及其制备方法。

背景技术

消费者有着对健康和安全的生活方式的需求，因此，食品行业的发展趋势是尽量保持产品新鲜，同时避免使用合成防腐剂。所以具有高效抗菌活性和食品保鲜特性的活性包装吸引了研究人员的关注。许多疏水性抗菌物质有显著的抗氧化和抗菌活性，被认为是一类理想的活性包装材料，然而，这些抗菌物质的不溶性和挥发性限制了其实际应用。

梳状聚合物是一类在聚合物主干上有密集接枝侧链的大分子。与线性聚合物相比，梳状聚合物具有显著的端效应和由侧链相互排斥引起的长链构象，合成后可以用于携带疏水化合物。虽然石油衍生聚合物已被广泛开发和应用于食品保鲜领域，但由于其不可回收性和不可生物降解性，其消费接受度仍然很低。天然生物聚合物对生态不利影响小，逐渐成为食品包装领域的热门。纤维素是一种从可再生资源中提取的天然生物材料，是构建功能材料最具吸引力的成分之一。纤维素纳米材料，如纤维素纳米纤维和纤维素纳米晶体，具有理想的比强度，是有前途的天然聚合物。特别是通过硫酸水解法制备的纤维素纳米晶体具有无数的活性位点和高结晶度和刚度，可用于接枝聚合物刷，作为阳离子和热响应传感器，成核位点，增容/增强剂。

此外，氧化法制备的纤维素能够在纤维素分子上引入更多的羧基，同时构建非晶态和晶态区域，可作为复合膜的补强填料。纤维素纳米晶体和纤维素纳米纤维也被认为是独立的基质，由于大量的羟基和高比表面积，它们能够通过氢键建立牢固的纳米纤维素网络结构。因此，无论是自立网络还是与纤维素纳米材料补强填料的复合体系，都表现出较高的力学性能。然而，由于纳米纤维素网络结构表面具有丰富的亲水位点，其隔水性能太低，无法防止水分交换和有害微生物，限制了其在食品包装领域的应用。因此，开发纳米纤维素薄膜仍然是一个持续的挑战。

壳聚糖是一种天然阳离子线型多糖，通常用于合成生物聚合物薄膜，具有高成膜性、生物降解性、抗氧化性和抗菌活性。此外，总是在基于壳聚糖的膜中开发交联以增强凝胶骨架强度。京尼平作为栀子苷的苷元衍生物，可与壳聚糖上的伯氨基反应形成杂环胺，导致壳聚糖分子通过短桥结构顺序交联。通过京尼平稳定的交联矩阵，壳聚糖网络可以实现令人印象深刻的阻隔性能。然而，由于壳聚糖的糖苷链上的分子内和分子间氢键以及壳聚糖分子之间的网络链间隙强，机械性能仍不令人满意。因此，如果纤维素纳米纤维和壳聚糖分子通过京尼平交替交联，它将提供克服各自在食品包装中的不足。

为了突破纤维素和壳聚糖的机械和阻隔性能的限制，实现疏水性抗菌物质用于活性包装材料的可能，本发明分别制备了通过京尼平交联剂化学交联的壳聚糖-纤维素纳米纤维底部基层和可负载疏水性抗菌活性物质的梳状聚合物季铵化纤维素纳米晶体顶部涂层材料，通过的独特逐层自组装方法制备一种层层自组装的复合抗菌薄膜。

发明内容

为了突破纤维素和壳聚糖的机械和阻隔性能的限制，实现疏水性抗菌物质用于活性包装材料的可能，本发明提供一种层层自组装的复合抗菌薄膜及其制备方法。

本发明以纤维素纳米纤维与壳聚糖进行交联作为基层，并合成载有疏水性抗菌物质的季铵化纤维素纳米晶体，通过层层自组装的方法和纤维素纳米纤维和季铵化纤维素纳米晶体之间的氢键成功制备了层层自组装的复合抗菌薄膜。

为实现上述目的，本发明提出了一种层层自组装的复合抗菌薄膜的制备方法，包括步骤：