王曉晨， 郈秀菊， 朱小敏

(山東省藥學(xué)科學(xué)院，山東省醫(yī)用高分子材料重點實驗室，濟(jì)南 250100)

1 引 言

氧化纖維素(oxidized cellulose， OC)尤其是TEMPO(2，2，6，6-四甲基哌啶氮氧化物自由基)/NaBr/NaClO體系的選擇性氧化，是纖維素單元上的C6位伯羥基發(fā)生反應(yīng)[1-2]。選擇性氧化纖維素賦予了纖維素新的性能，大大拓展了纖維素在藥物控釋、生物傳感、功能載體、傷口護(hù)理敷料等應(yīng)用領(lǐng)域[3-8]。

稀土離子具有長的激發(fā)態(tài)壽命，在可見光區(qū)具有獨特的光發(fā)射性能。當(dāng)有機(jī)配體的三重態(tài)能級和稀土離子的共振發(fā)射能級匹配時[9-10]，會出現(xiàn)一個高效能量傳遞的過程，發(fā)射出特征熒光，具有優(yōu)良的發(fā)光性能。

大量的稀土元素毒理學(xué)研究表明，稀土水合物可以在很大程度上改變、修飾和增強(qiáng)稀土的生物活性，屬于較低毒性的物質(zhì)，比多數(shù)有機(jī)合成物或過渡金屬水合物的毒性低。稀土金屬元素在醫(yī)藥領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于抗血栓藥物、燒傷藥物、抗炎殺菌藥物、抗動脈硬化、放射性核素與抗腫瘤藥物，以及鎮(zhèn)痛、降血糖藥物等[11-18]，但是用于標(biāo)記傷口感染和光學(xué)顯示的醫(yī)用敷料領(lǐng)域未見報道。

本研究將稀土鋱硝酸鹽以共價鍵鍵接到選擇性氧化改性的纖維素基質(zhì)上，配位修飾制備高效穩(wěn)定的發(fā)光醫(yī)用敷料。該醫(yī)用敷料將氧化纖維素的良好吸液性能和稀土離子的良好光學(xué)性能相結(jié)合，具有優(yōu)良的吸濕引濕性和特征熒光性能。

2 材料與方法

2.1 原料試劑

氧化纖維素(OC)，實驗室自制，TEMPO/NaBr/NaClO體系C6位選擇性氧化，羧化度24%；氧化鋱(Tb2O3)購于上海國藥集團(tuán)；濃硝酸(HNO3)、氯仿、甲醇、丙酮均為分析純，購于天津市大茂化學(xué)試劑廠。

2.2 儀器設(shè)備

X-射線衍射儀：德國Bruker公司D8型； 熒光分光光度計：美國Perkin Elmer 公司 LS-55型； 紫外儀：上海安亭電子儀器廠 ZF-2型； 真空干燥箱：上海樹立儀器儀表有限公司 ZKXF型。

2.3 實驗方法

稱取一定量的Tb2O3溶于濃硝酸制備六水合硝酸鋱(Tb(NO3)3·6H2O)[10-11,19]。

按原料質(zhì)量比1∶2，準(zhǔn)確稱取0.5665 g OC和1.133 g Tb(NO3)3·6H2O溶于20 ml氯仿中，磁力攪拌6 h，使稀土金屬硝酸鹽完全溶解。加入50 ml甲醇回流1 h，過濾后分別用甲醇、水、丙酮洗滌3次得粗產(chǎn)品。將粗產(chǎn)品加入15 ml氯仿和55 ml甲醇混合溶液，回流1 h，重復(fù)上述洗滌過程[10-11,19]。洗滌產(chǎn)物放入真空干燥箱中，60℃干燥12 h，得到稀土鋱修飾的氧化纖維素復(fù)合材料，簡稱為OC-Tb,收率94%～96%。

3 結(jié)果與討論

3.1 吸水率測試

稱取OC-Tb 0.5 g，置于潔凈干燥的培養(yǎng)皿中，稱重m1，加入適量水待粉體吸液飽和后，倒出多余水分，稱重m2，根據(jù)公式(1)計算吸水率(A)，經(jīng)多次測試后，吸水率為12～14倍。

A=(m2-m1)/0.5

(1)

圖1為OC-Tb吸水前(a)，吸水中(b)及吸水飽和(c)的圖片對比可知， OC-Tb能即時吸水，四周迅速吸水膨脹，能快速牽引水分穿透粉體，無夾心現(xiàn)象，表明其吸濕、引濕性能優(yōu)異。吸水飽和后，將培養(yǎng)皿傾斜可見，OC-Tb粉體吸水后有適當(dāng)?shù)哪坌?，能整體附著在培養(yǎng)皿上，顯示了其良好的粘結(jié)粘附性能。

圖1 OC-Tb的吸水測試

3.2 X-射線衍射(XRD)分析

圖2展示了OC(a)、OC-Tb(b)和OC與硝酸鋱簡單摻雜(c)的XRD測試結(jié)果，顯示在10°≤n≤70°區(qū)間，表明三種材料整體表現(xiàn)為無定形形態(tài)，存在較寬的衍射峰，表明材料內(nèi)部的原子排布規(guī)律為：短程有序、長程無序[10]。a中在21°附近呈現(xiàn)寬峰，而b中存在一些窄的衍射峰。按照OC和Tb(NO3)3·6H2O原料配比,摻雜和混合攪拌制成的OC與硝酸鋱簡單摻雜材料，測試其衍射峰值，如曲線c所示。對比a和c，主要差別在c線的10°附近，出現(xiàn)了硝酸鋱的衍射峰，而依然呈現(xiàn)出有機(jī)基團(tuán)規(guī)則排列的衍射峰，這說明簡單摻雜不能呈現(xiàn)OC-Tb材料的完全無定形態(tài)。對比b和c，主要差別在b中的10°附近，無簡單摻雜的硝酸鋱衍射峰，證明OC-Tb材料中，稀土鋱離子和氧化纖維素的羧基基團(tuán)成功配位，而不存在硝酸鋱，整體呈現(xiàn)出非晶態(tài)。

圖2OC(a)、OC-Tb(b)和OC與硝酸鋱簡單摻雜(c)X-射線衍射圖

Fig2TheX-raydiffractionspectraofOC(a)、OC-Tb(b),OCdopedwithTerbium(III)nitrates(c)

3.3 熒光光譜分析

OC-Tb的激發(fā)光譜(見圖3)，可以檢測含有鋱復(fù)合材料在545 nm處的發(fā)射強(qiáng)度隨激發(fā)波長的變化情況。OC-Tb在280 nm呈現(xiàn)一個吸收峰，說明Tb3+與氧化纖維素中的羧基存在能量傳遞，具備發(fā)光性能。

圖3OC-Tb的激發(fā)光譜

Fig3TheexcitationspectraofOC-Tb

在298 K，282 nm波長的紫外光激發(fā)下，檢測OC-Tb中鋱離子的綠色特征發(fā)射光譜，見圖4。發(fā)射波長對應(yīng)f-f能級的躍遷，分別為487 nm處的5D4→7F6躍遷和544 nm處的5D4→7F5[10-11,19]。較低的基線表明Tb3+與氧化纖維素中的羧基存在有效的能量傳遞過程，其能量傳遞效率比較高，不存在有機(jī)基團(tuán)的自發(fā)光現(xiàn)象。

圖4OC-Tb的發(fā)射光譜

Fig4TheemissionspectraofOC-Tb

3.4 紫外光照射

圖5為OC(a)和OC-Tb(b)放置在365 nm的紫外光照射下，b顯示明顯的綠色熒光，而a無熒光。結(jié)果表明，Tb3+與氧化纖維素中的羧基存在有效的能量傳遞過程，呈現(xiàn)綠色發(fā)光現(xiàn)象。

圖5OC(a)和OC-Tb(b)的紫外光照射

Fig5TheUVirradiationofOC(a)andOC-Tb(b)

4 結(jié)論

本研究將稀土鋱硝酸鹽以共價鍵形式鍵接到選擇性氧化纖維素的羧基基質(zhì)上，成功制備稀土修飾氧化纖維素醫(yī)用敷料。該敷料能即時吸水，快速牽引水分，吸水率可達(dá)到12～14倍，具有優(yōu)異的吸濕引濕性能。Tb3+與氧化纖維素中的羧基存在有效的能量傳遞過程，在365 nm波長的紫外光照射下，能發(fā)出綠色特征光，具有良好的熒光性能。該敷料既可以用于創(chuàng)面止血、促進(jìn)創(chuàng)面修復(fù)和愈合，通過紫外光照射，還可以檢測示蹤止血后的生物分子、特殊標(biāo)記傷口感染區(qū)域以及其他特征光學(xué)顯示等，具有很好的臨床應(yīng)用前景。