一种快速、安全的新型抗菌口罩 |
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| 申请号 | CN202311760473.7 | 申请日 | 2023-12-20 | 公开(公告)号 | CN117918604A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 南京师范大学; 宁波奉化必要生物科技有限公司; | 发明人 | 周宁琳; 徐晓玉; 徐旺; 解雨欣; 姚晗; 谢宇; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种快速、安全的新型抗菌口罩，包括口罩本体与 耳 带，所述口罩本体包括外层、中间过滤层与内层，所述中间过滤层负载有由 单宁 酸 、聚乙烯亚胺、金属盐、蒙脱土和卵磷脂制成的抗菌材料。本发明提供的新型抗菌口罩芯层采用复合插层剂插层改性蒙脱土抗菌涂料，能够有效负载 抗菌剂 并杀死细菌，并且杀菌率在1 min内高于99%，达到快速杀菌的功能；利用修饰剂卵磷脂包含 磷酸 、甘油、磷脂等成分，可以为 细胞增殖 提供营养，进而使该口罩在实现快速抗菌的前提下具有良好的 生物 安全性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种快速、安全的新型抗菌口罩，包括口罩本体与耳带，所述口罩本体包括外层、中间过滤层与内层，其特征在于，所述中间过滤层采用以下步骤制得： |
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| 说明书全文 | 一种快速、安全的新型抗菌口罩技术领域[0001] 本发明属于防护用品技术领域，具体涉及一种快速、安全的新型抗菌口罩。 背景技术[0002] 口罩是一种卫生防护用品，用于过滤进入口鼻的空气，以达到阻挡有害的气体、气味、飞沫、病毒等物质的作用。然而由于致病菌可以通过飞沫和近距离接触传播，佩戴普通一次性口罩存在传染隐患。其次，随意丢弃的一次性医用口罩细菌污染源持续黏附并继续繁衍。因此设计开发快速抗菌口罩以实现口罩高效快速杀灭细菌既可以延长一次性口罩的使用寿命，节约口罩生产资源，同时可以杀灭黏附在口罩表面的致病菌，有效的解决了病原菌给人类带来的安全隐患。然而，对于抗菌口罩，其自身的抗菌性能和安全性能需要谨慎考虑。 [0003] 经检索，目前有研究者将抗菌剂负载于口罩表面，达到了抑制细菌增殖的效果。如专利CN 113291002 A中公开了一种含氧化亚铜的抗菌口罩，专利CN 115161999 A公开了一种负载鞣酸、氨基接枝海藻酸钠、钙盐及抗菌剂的抗菌口罩。但现有抗菌口罩并无说明其抗菌速度及安全性问题，如不能实现快速杀菌，致病菌的安全隐患仍然存在。除此之外，生物安全性问题也是抗菌口罩能否被广泛使用的关键。 发明内容[0004] 本发明的目的是提供一种快速、安全的新型抗菌口罩，包括口罩本体与耳带，所述口罩本体包括外层、中间过滤层与内层，所述中间过滤层采用以下步骤制得： 步骤1，取单宁酸（Tannic acid，TA）、聚乙烯亚胺（Polyethyleneimene，PEI）加至去离子水中，搅拌混合，得到配位还原材料（TA/PEI）的溶液，其中单宁酸与聚乙烯亚胺的质量比为1：1； 步骤2，向步骤1的混合溶液中加入金属盐、蒙脱土（Montmorillonite，MMT）和卵磷脂（Phosphatidylcholine，PC），搅拌反应，反应液经离心、干燥，得到复合插层剂插层改性蒙脱土抗菌涂料，其中配位还原材料、金属盐、卵磷脂、蒙脱土的质量比为30：4：1：2； 步骤3，将熔喷布经等离子体处理后，置于复合插层剂插层改性蒙脱土抗菌涂料的水溶液中浸泡，取出后烘干，得到中间过滤层。 [0006] 更进一步地，所述银盐为AgNO3，所述铜盐为Cu(NO3)2，所述铁盐为FeCl3。 [0007] 进一步地，步骤1中搅拌的条件为20 30 ℃搅拌0.5 h。~ [0008] 进一步地，步骤2中搅拌反应的条件为60 ℃ 70 ℃搅拌0.5 h。~ [0009] 进一步地，步骤2中离心条件为5000 6000 r/min、5 10 min。~ ~ [0010] 进一步地，步骤2中干燥条件为40 50 ℃、1 2 h。~ ~ [0011] 进一步地，步骤3中复合插层剂改性蒙脱土材料的水溶液的浓度为10 g/L。 [0012] 天然多酚和金属离子可以通过配位还原作用形成一类多功能的生物相容性材料，3+ 3+ 3+ 之前的研究已经证明该类材料的功能可以通过改变所掺入的金属离子（Fe 、Al 、Sm 等）来调节。重要的是，通过天然多酚配位作用使得金属离子发生自发共还原和歧化反应，使其在层状蒙脱土（MMT）基底或层间原位形成合金纳米粒子，从而发挥其快速抗菌及组织再生特性。同时，形成的复合插层剂中含有“营养素”卵磷脂，可以提高复合插层剂的生物相容性。因此，通过卵磷脂修饰的复合插层剂插层改性蒙脱土形成的抗菌涂层既具备了快速杀菌性能，也具有良好的生物安全性。 [0013] 本发明基于聚乙烯亚胺易与单宁酸分子链上丰富的羟基发生反应，形成亲水性稳定的交联作用，使得涂层与基底材料之间结合更加稳定；卵磷脂包含磷酸、甘油、磷脂等成分，可以为细胞增殖提供营养成分，进而提高复合插层剂的生物相容性。基于单宁酸分子与金属离子的配位作用使得金属离子发生自发共还原和歧化反应，并在蒙脱土基底上原位形成合金纳米粒子，合金纳米粒子会导致细菌细胞膜的破坏，造成细菌死亡。此外，合金纳米粒子可以引起细菌胞内的活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）有效渗透到细胞质中，从而氧化细胞内蛋白质并扰乱细菌稳态，进而快速、高效的杀灭致病菌。 [0014] 本发明中，单宁酸/聚乙烯亚胺纳米涂层与金属离子的配位作用使得金属离子发生自发共还原和歧化反应，并在蒙脱土基底上原位形成合金纳米粒子；由磷酸、甘油、磷脂等成分组成的卵磷脂，可以为细胞增殖提供营养成分，进而提高抗菌涂料的生物相容性。 [0015] 本发明提供的抗菌口罩为三层结构，其中外层为疏水性良好的纺粘无纺布，可防止飞沫携带致病菌进入人体内，同时起到外部支撑的作用，使该抗菌口罩可以保持适合人脸大小的形状；芯层采用复合插层剂插层改性蒙脱土抗菌涂料，有效地阻挡并杀死细菌以及具有良好的生物相容性；内层为亲肤材质的纺粘无纺布，增强了口罩与人体面部的服帖及舒适性。 [0016] 本发明提供的新型抗菌口罩芯层采用复合插层剂插层改性蒙脱土抗菌涂料，能够有效负载抗菌剂并杀死细菌，并且杀菌率在1 min内高于99 %，达到快速杀菌的功能；利用修饰剂卵磷脂包含磷酸、甘油、磷脂等成分，可以为细胞增殖提供营养，进而使该口罩在实现快速抗菌的前提下具有良好的生物安全性。附图说明 [0017] 图1 为实施例1中蒙脱土（MMT）和复合插层剂插层改性蒙脱土抗菌涂料（TA‑PEI/PC/Cu‑Ag@MMT）的XRD图。 [0018] 图2 为实施例1中复合插层剂插层改性蒙脱土抗菌涂料（TA‑PEI/PC/Cu‑Ag@MMT）的(a) Ag3d (b) Cu2p (c) Si2p (d) Survey的XPS图。 [0019] 图3 为实施例1中芯层熔喷料经等离子体仪处理前后的水接触角变化图 (a) 处理前 (b) 处理后。 [0020] 图4 为实施例1抗菌实验图；图5 为实施例2抗菌实验图； 图6 为实施例3抗菌实验图； 图7 为实施例4抗菌实验图； 图8 为MTT法测试抗菌口罩细胞毒性图（1：未修饰，2：修饰）。 实施方式 [0021] 本发明提供了一种能够实现快速且安全性好的抗菌口罩，为更好的满足发明目的，以下将结合附图对本发明口罩各实施例的技术方案及效果进行进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。 [0022] 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。实施例1 [0023] 一种快速、安全的新型抗菌口罩，其结构为三层结构，（1）疏水性纺粘无纺布外层，（2）含抗菌涂料的熔喷料芯层，（3）疏水性纺粘无纺布内层。其中芯层的抗菌涂料为复合插层剂插层改性蒙脱土，芯层的制备步骤如下：步骤一：称取3 g TA、3 g PEI加入1 L去离子水中，搅拌均匀，得到配位还原材料TA/PEI混合溶液； 步骤二：向上述TA/PEI混合溶液中加入0.4 g AgNO3、0.4 g Cu(NO3)2•9H2O、0.4 g层状载体材料MMT以及0.2 g修饰材料PC，60 ℃继续搅拌0.5 h，得到复合插层剂插层改性蒙脱土材料混合溶液； 步骤三：将制备的复合插层剂插层改性蒙脱土材料混合溶液在6000 r/min转速下离心分离8 min，40 ℃下干燥1 h，即得复合插层剂插层改性蒙脱土抗菌涂料TA‑PEI/PC/Cu‑Ag@MMT； 步骤四：称取10 g复合插层剂插层改性蒙脱土抗菌涂料，加入至 1 L去离子水中，室温条件下搅拌5 min，形成均匀的抗菌涂料溶液； 步骤五：裁剪20 cm × 50 cm规格的熔喷料，加入等离子体仪中处理5 min，而后将熔喷料加入上述抗菌涂料溶液，室温条件下静置30 min，形成含抗菌涂料的熔喷料芯层； 步骤六，最后将处理完的熔喷料在100 ℃下烘干。 [0024] 本实施例制备的复合插层剂插层改性蒙脱土抗菌涂料TA‑PEI/PC/Cu‑Ag@MMT的XRD图谱如图1所示，从图中可以看出所制备的抗菌涂料呈现了碳结构的特征衍射峰，具体表现为碳材料（200）及（111）衍射峰，并且可看出层间距相比未改性MMT明显变大，证明在MMT表面成功形成了Ag‑Cu合金。 [0025] 本实施例制备的复合插层剂插层改性蒙脱土抗菌涂料TA‑PEI/PC/Cu‑Ag@MMT的+XPS图谱如图2所示，在合金化过程中，由于TA的还原能力，Ag 可以自还原为AgNPs，Ag3d的 0 0 0 2+ 高分辨率XPS光谱显示Ag(3d3/2)和Ag (3d5/2)的存在，Cu2p的XPS光谱显示Cu 和Cu 的存在，同时，由Si2p光谱图可看出该抗菌涂料中仍保留了MMT特有的官能团结构，证明该复合插层剂插层改性蒙脱土抗菌涂料的成功合成。 [0026] 本实例制备新型快速抗菌口罩所需熔喷料加入等离子体仪处理前后的亲水性变化如图3所示，市售熔喷料水接触角约为150°，表现为超疏水性能，而经等离子体仪处理后，水接触角变为34.9°，表现出良好的亲水性能。 [0027] 将制备的上述负载抗菌剂的熔喷料进行抗菌实验，菌落数如图4所示，实验结果表明，抗菌熔喷料与细菌分别共培养1 min，2 min，5 min，10 min，20 min，30 min之后，其杀菌率均为100%，故制备的该抗菌口罩具有快速杀菌功能。实施例2 [0028] 步骤一：称取3 g TA、3 g PEI加入1 L去离子水中，搅拌均匀，得到配位还原材料TA/PEI混合溶液；步骤二：向上述TA/PEI混合溶液中加入0.8 g AgNO3、0.4 g层状载体材料MMT以及 0.2 g修饰材料PC，60 ℃继续搅拌0.5 h，得到复合插层剂插层改性蒙脱土材料混合溶液； 步骤三：将制备的复合插层剂插层改性蒙脱土材料混合溶液在6000 r/min转速下离心分离8 min，40 ℃下干燥1 h，即得复合插层剂插层改性蒙脱土抗菌涂料； 步骤四：称取10 g复合插层剂插层改性蒙脱土抗菌涂料，加入至 1 L去离子水中，室温条件下搅拌5 min，形成均匀的抗菌涂料溶液； 步骤五：裁剪20 cm × 50 cm规格的熔喷料，加入等离子体仪中处理5 min，而后将熔喷料加入上述抗菌涂料溶液，室温条件下静置30 min，形成含抗菌涂料的熔喷料芯层； 步骤六，最后将处理完的熔喷料在100 ℃下烘干。 [0029] 将制备的上述负载抗菌剂的熔喷料进行抗菌实验，菌落数如图5所示，实验结果表明，抗菌熔喷料与细菌分别共培养1 min，2 min，5 min，10 min，20 min，30 min之后，其杀菌率均为100%，故制备的该抗菌口罩具有快速杀菌功能。实施例3 [0030] 步骤一：称取3 g TA、3 g PEI加入1 L去离子水中，搅拌均匀，得到配位还原材料TA/PEI混合溶液；步骤二：向上述TA/PEI混合溶液中加入0.8 g FeCl3、0.4 g层状载体材料MMT以及 0.2 g修饰材料PC，60 ℃继续搅拌0.5 h，得到复合插层剂插层改性蒙脱土材料混合溶液； 步骤三：将制备的复合插层剂插层改性蒙脱土材料混合溶液在6000 r/min转速下离心分离8 min，40 ℃下干燥1 h，即得复合插层剂插层改性蒙脱土抗菌涂料； 步骤四：称取10 g复合插层剂插层改性蒙脱土抗菌涂料，加入至 1 L去离子水中，室温条件下搅拌5 min，形成均匀的抗菌涂料溶液； 步骤五：裁剪20 cm × 50 cm规格的熔喷料，加入等离子体仪中处理5 min，而后将熔喷料加入上述抗菌涂料溶液，室温条件下静置30 min，形成含抗菌涂料的熔喷料芯层； 步骤六，最后将处理完的熔喷料在100 ℃下烘干。 [0031] 将制备的上述负载抗菌剂的熔喷料进行抗菌实验，菌落数如图6所示，实验结果表明，抗菌熔喷料与细菌分别共培养1 min，2 min，5 min，10 min，20 min，30 min之后，计算其杀菌率分别为：13.5%，15.6%，47.7%，68.5%，70.3%，99.1%。故改变金属盐种类对于复合插3+ 层剂插层改性蒙脱土抗菌涂料的抗菌效果影响较大，仅加入Fe 形成的抗菌涂层不能达到1 min快速杀灭细菌，需要经过30 min的处理才能有效杀灭细菌。 实施例4 [0032] 步骤一：称取3 g TA、3 g PEI加入1 L去离子水中，搅拌均匀，得到配位还原材料TA/PEI混合溶液；步骤二：向上述TA/PEI混合溶液中加入0.4 g FeCl3、0.4 g Cu(NO3)2•9H2O、0.4 g层状载体材料MMT以及0.2 g修饰材料PC，60 ℃继续搅拌0.5 h，得到复合插层剂插层改性蒙脱土材料混合溶液； 步骤三：将制备的复合插层剂插层改性蒙脱土材料混合溶液在6000 r/min转速下离心分离8 min，40 ℃下干燥1 h，即得复合插层剂插层改性蒙脱土抗菌涂料； 步骤四：称取10 g复合插层剂插层改性蒙脱土抗菌涂料，加入至 1 L去离子水中，室温条件下搅拌5 min，形成均匀的抗菌涂料溶液； 步骤五：裁剪20 cm× 50 cm规格的熔喷料，加入等离子体仪中处理5 min，而后将熔喷料加入上述抗菌涂料溶液，室温条件下静置30 min，形成含抗菌涂料的熔喷料芯层； 步骤六，最后将处理完的熔喷料在100 ℃下烘干。 [0033] 将制备的上述负载抗菌剂的熔喷料进行抗菌实验，菌落数如图7所示，实验结果表明，抗菌熔喷料与细菌分别共培养1 min，2 min，5 min，10 min，20 min，30 min之后，计算3+ 2+ 其杀菌率分别为：25.6%，75%，83.3%，98.7%，100%，100%。故将Fe 和Cu 同时加入至抗菌涂料后，抗菌效果相较于实施例3有所提高。该实施例中显示抗菌熔喷料与细菌共培养20 min时，其杀菌率可达100%。 [0034] 综上所述，添加AgNO3至抗菌涂料中有利于抗菌口罩快速抗菌性能的提升，可实现快速杀菌功能，在1 min内其杀菌率可达100%。接下来，采用MTT法测定了实施例1中抗菌熔喷料的生物相容性。作为对照的，采用未加入PC及MMT的抗菌涂料以验证两种材料的细胞毒性。具体实施如下：首先按照实施例1制备未加入MMT和PC的抗菌熔喷料： 步骤一：称取3 g TA、3 g PEI加入1 L去离子水中，搅拌均匀，得到配位还原材料TA/PEI混合溶液； 步骤二：向上述TA/PEI混合溶液中加入0.4 g AgNO3、0.4 g Cu(NO3)2•9H2O，60 ℃继续搅拌0.5 h，得到抗菌材料混合溶液； 步骤三：将制备的抗菌材料混合溶液在6000 r/min转速下离心分离8 min，40 ℃下干燥1 h，即得抗菌涂料； 步骤四：称取10 g抗菌涂料，加入至 1 L去离子水中，室温条件下搅拌5 min，形成均匀的抗菌涂料溶液； 步骤五：裁剪20 cm × 50 cm规格的熔喷料，加入等离子体仪中处理5 min，而后将熔喷料加入上述抗菌涂料溶液，室温条件下静置30 min，形成含抗菌涂料的熔喷料芯层； 步骤六，最后将处理完的熔喷料在100 ℃下烘干，即得未修饰PC及MMT的抗菌熔喷料。 [0035] 步骤七，进行MTT法细胞毒性实验，其操作步骤如下：准备好长满贴壁的L929细胞，先用PBS清洗，加1 mL胰酶消化2 min后加入1 mL细胞培养液停止消化，然后将其转移到离心管内离心（1000 r/min，5 min），将上层液吸出，加入1 mL细胞培养液并吹打将细胞分散均匀。接着将其移入10 mL离心管内，再加入适量培养液。在24孔板的每个孔板内加入500 μL的上述液体，然后再加入500 μL的培养液，放置于二氧化碳培养箱内培养24 h。 [0036] 移去培养液，PBS清洗两遍，每个孔内加1 mL细胞培养液，然后将准备好的3*2 cm2规格的抗菌涂料熔喷料芯层放入相应的孔板内，放入二氧化碳培养箱（37 ℃）再培养24 h。 [0037] 将布片取出，移去培养液。然后在每个孔板内加入200 μL 1 mg/mL的MTT溶液（DMEM作溶剂）避光培养2 h。移去MTT溶液，每个孔板内加400 μL DMSO，然后在570 nm下测其吸光度。 [0038] 实验结果如图8所示， 实施例1中修饰了MMT及PC的抗菌口罩细胞存活率为75.97%，对比没有修饰MMT及PC的抗菌口罩，其细胞存活率仅为34.91%，实验表明通过添加蒙脱土和卵磷脂可以提高复合插层剂的生物相容性。 |
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