絲膠復(fù)合納米口罩的制備及其抗菌性性能研究

付智珠，翁浦瑩，蒙冉菊，蘆超峰，任豪杰

（嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院 浙江嘉興 314000）

絲膠是一種天然水溶性動(dòng)物蛋白質(zhì)，對(duì)人體具有一系列特殊保護(hù)功能且性能優(yōu)良，具有相配性強(qiáng)以及相容性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中而且作為生物材料的應(yīng)用研究日趨活躍在人們的視野中[3]。絲膠蛋白（SS）無毒，具備較好的抗氧化性、抗菌性、以及良好生物相容性、生物降解性。聚環(huán)氧乙烷（PEO）是一種水溶性的高聚物，能溶于水，且水溶液在低濃度也具有較高的粘性，并且與SS之間具有一定相容性或部分相容性[4]。本文選用SS、PEO作為原料，利用靜電紡絲技術(shù)[5,6]，制備絲膠復(fù)合納米口罩，探究其抗菌性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

絲膠蛋白（上海步克醫(yī)藥科技有限公司）、聚環(huán)氧乙烷（平均分子量為10萬，阿拉丁試劑有限公司），實(shí)驗(yàn)用水采用超純水。

1.2 儀器與設(shè)備

固體培養(yǎng)基無菌棉拭子；無菌鑷子；燒瓶；試管；YG-461數(shù)字式透氣量?jī)x（寧波紡織儀器廠）；FM1107靜電紡絲設(shè)備（北京富友馬科技有限公司）；JSM-6360LV型SEM電子掃描電鏡（日本電子公司）；HJ-5型多功能攪拌器（鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司）；AUY120電子天平（日本SHIMADZU公司）；HSW-1磁力攪拌恒溫水浴鍋（上海極恒實(shí)業(yè)有限公司）。

1.3 絲膠復(fù)合納米口罩用料的制備

第一步，SS/PEO紡絲液的制備。將SS粉放入超純水中，加熱攪拌配制濃度為20%SS溶液；將PEO加入到超純水，加熱攪拌配制6%濃度的PEO溶液；將20%SS水溶液與6%PEO水溶液混合并攪拌均勻，得到SS/PEO紡絲液。

第二步，絲膠復(fù)合納米口罩用料的制備。室溫條件下，利用靜電紡絲技術(shù)，將SS/PEO紡絲液噴射到接收屏處，以無紡布為基底接收靜電紡納米纖維得到絲膠復(fù)合納米口罩用料。

1.4 測(cè)試與表征

（1）絲膠復(fù)合納米口罩用料的形貌觀測(cè)

采用日本電子公司JSM-6360LV型SEM電子掃描電鏡在室溫條件下觀察納米復(fù)合口罩用料的形態(tài)結(jié)構(gòu)。

（2）抗菌定性測(cè)試

上部壓緊采用氣動(dòng)整體壓緊裝置（見圖1左側(cè)），壓緊裝置通過直線滑軌安裝于下部框架兩側(cè)，可以沿平臺(tái)通長(zhǎng)移動(dòng)。每個(gè)氣缸壓緊裝置包含9個(gè)氣缸壓緊壓頭，和兩側(cè)氣缸舉升裝置。壓緊氣缸缸徑為20mm，行程為20mm。壓緊氣缸通過螺栓緊固在壓緊橫梁上，可通過長(zhǎng)圓孔進(jìn)行局部調(diào)整。舉升氣缸缸徑為50mm，行程為80mm。上料及出胎時(shí)舉升氣缸舉升、移動(dòng)，避免有干涉。氣缸壓緊裝置安裝于滑塊上，可沿滑軌通長(zhǎng)移動(dòng)，并能實(shí)現(xiàn)精確定位和鎖緊。對(duì)日常激光焊接位置進(jìn)行刻線標(biāo)識(shí)。

將纖維樣品剪成5mm，紫外燈光照射下滅菌30min。實(shí)驗(yàn)器具均高溫高壓滅菌。用無菌處理的棉拭子蘸取100μL金黃色葡萄球菌或大腸桿菌母液，在固體培養(yǎng)基平板表面均勻涂抹3次。每涂抹1次，轉(zhuǎn)動(dòng)平板60°，再用棉拭子繞平板邊緣涂抹一周。蓋好平皿，置室溫干燥5min。最后將試樣放于平板表面，并輕壓樣片使其緊貼于平板表面。蓋好平皿，放置在37℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)，培養(yǎng)24h并觀察結(jié)果。

（3）抗菌定量測(cè)試

實(shí)驗(yàn)參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T20944.3-2008紡織品抗菌性能的評(píng)價(jià)》進(jìn)行。取對(duì)照樣、抗菌樣0.05g分別于3個(gè)試管中，另3個(gè)試管不加試樣作為空白對(duì)照樣。在9個(gè)試管中分別加入5μL金黃色葡萄球菌或大腸桿菌母液加入4ml液體培養(yǎng)基；蓋好瓶塞，將9個(gè)試樣的燒瓶置于恒溫振蕩器，振蕩24h（24±1℃，150r/min）。吸取1mL試液于試管，用十倍稀釋法稀釋至合適菌液濃度。取100μL稀釋液，在固體培養(yǎng)基平板表面均勻涂抹3次。每涂抹1次，轉(zhuǎn)動(dòng)平板60°，最后將棉拭子繞平板邊緣涂抹一周。每個(gè)試管作兩個(gè)平板作平行樣。室溫凝固，倒置平板，37℃培養(yǎng)48h；記錄每個(gè)平板中的菌落數(shù)。抑菌率計(jì)算公式如下：

其中：A——3個(gè)對(duì)照樣振蕩之后活菌濃度的平均值（CFU/ml）；

B——3個(gè)抗菌實(shí)驗(yàn)樣振蕩之后活菌濃度的平均值（CFU/ml）。

2 結(jié)果與討論

2.1 絲膠復(fù)合納米口罩用料的形貌

利用靜電紡絲技術(shù)，以SS/PEO紡絲液與無紡布復(fù)合得到絲膠復(fù)合納米口罩用料，其實(shí)物圖如圖1a所示?？梢娊z膠復(fù)合納米口罩用料均勻柔軟、舒適性較好，材料表面隱約呈現(xiàn)納米纖維疊加分布紋路。無紡布具有一定的強(qiáng)力，很好地彌補(bǔ)了納米纖維層力學(xué)性能較差這一缺陷，能有效提高絲膠復(fù)合納米纖維材料的力學(xué)性能。采用SEM電子掃描電鏡觀測(cè)絲膠復(fù)合納米口罩用料得到掃描電鏡圖如圖1b所示?？梢娂{米纖維表面光滑無水珠，纖維形態(tài)好，纖維較細(xì)且纖維量大，纖維與纖維直徑相互疊加多，呈現(xiàn)小而多的孔隙，纖維對(duì)顆粒的分離捕集作用有所加強(qiáng)，提高了過濾效率。靜電紡納米纖維具有高比表面積，直徑小，質(zhì)量輕，孔隙率高以及很強(qiáng)的吸附力等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于顆粒過濾具有顯著的直接攔截效應(yīng)和慣性沖擊效應(yīng)，且良好的空隙內(nèi)部連通性，有利于提高納米纖維膜的過濾效率。

因此以無紡布為基底接收靜電紡納米纖維得到絲膠復(fù)合納米口罩，結(jié)合了兩種材料的優(yōu)勢(shì)，既有紡粘無紡布均勻柔軟、強(qiáng)力較高的特點(diǎn)，又具備納米纖維比表面積大、孔隙率高、內(nèi)部連通性好等優(yōu)點(diǎn)。

圖1 靜電紡納米復(fù)合口罩實(shí)物與掃描電鏡圖

2.2 抗菌定性測(cè)試分析

通過抑菌圈法來定性的評(píng)定絲膠復(fù)合納米口罩的抗菌性能，分別采用大腸桿菌與金黃色葡萄球菌母液，培養(yǎng)24h并隨時(shí)觀察結(jié)果如圖2所示。兩個(gè)培養(yǎng)皿左邊均為對(duì)照樣，右邊均為絲膠納米復(fù)合口罩制成的樣品。在絲膠納米復(fù)合口罩制成的樣品周圍顯示有明顯的抑菌圈，說明絲膠納米復(fù)合口罩對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有明顯的抑菌效果。這是由于絲膠蛋白在一定程度上能夠抗拒外界的惡劣環(huán)境，包括細(xì)菌侵入等，因此其應(yīng)具備較好的抗菌性能，以絲膠蛋白作為原料制成的絲膠納米復(fù)合口罩同樣具備明顯的抗菌效果。

圖2 兩種菌種的抑菌圈

2.3 抗菌定量測(cè)試分析

采用振蕩法定量分析，計(jì)算抑菌率來評(píng)價(jià)絲膠復(fù)合納米口罩的抗菌能力。實(shí)驗(yàn)中，細(xì)菌原液的細(xì)菌濃度約為109CFU/ml，而振蕩法要求細(xì)菌的個(gè)數(shù)在能數(shù)清的范圍內(nèi)。稀釋倍數(shù)過低，菌落的個(gè)數(shù)很多沒有達(dá)到可以數(shù)清的程度，而稀釋倍數(shù)多大數(shù)目過少，會(huì)增大實(shí)驗(yàn)的誤差。因此選擇稀釋100萬倍的菌液作為振蕩法的實(shí)驗(yàn)用菌。

圖3為樣品對(duì)大腸桿菌的作用效果圖，圖3c是加入絲膠復(fù)合納米口罩樣品振蕩后培養(yǎng)的細(xì)菌圖。與對(duì)照組未加抗菌劑的相比，實(shí)驗(yàn)組中加入絲膠復(fù)合納米口罩樣品振蕩后細(xì)菌個(gè)數(shù)極少，抑菌效果非常明顯。對(duì)照組的大腸桿菌濃度約為2000 CFU/ml，而實(shí)驗(yàn)組的濃度約為1030CFU/ml。由公式計(jì)算得到，樣品對(duì)大腸桿菌的抑菌率達(dá)到48.5%。這說明絲膠納米復(fù)合口罩對(duì)大腸桿菌具有明顯的抑菌效果。

圖3 大腸桿菌抗菌效果

采用同樣的方法測(cè)定絲膠復(fù)合納米口罩樣品對(duì)金黃色葡萄球菌的作用效果，其結(jié)果如圖4所示。對(duì)照組的細(xì)菌濃度約為6000CFU/ml左右，空白組與此值相近，而實(shí)驗(yàn)組的細(xì)菌濃度在3290 CFU/ml。通過計(jì)算，樣品對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率達(dá)到45.17%。說明絲膠納米復(fù)合口罩對(duì)金黃色葡萄球菌同樣具有明顯的抑菌效果。

圖4 金黃色葡萄球菌抗菌效果

3 結(jié)論

本文采用20%SS水溶液與6%PEO水溶液混合配置SS/PEO紡絲液，利用靜電技術(shù)紡出SS/PEO納米纖維，與無紡布復(fù)合，制備了絲膠復(fù)合納米口罩。通過抗菌定性測(cè)試分析與抗菌定量測(cè)試分析，研究了絲膠復(fù)合納米口罩的抗菌性，得到以下結(jié)論：

（1）靜電SS/PEO納米纖維表面光滑無水珠、纖維形態(tài)好，以無紡布為基底接收靜電紡納米纖維得到絲膠復(fù)合納米口罩，既有紡粘無紡布均勻柔軟、強(qiáng)力較高的特點(diǎn)，又具備納米纖維比表面積大、孔隙率高且內(nèi)部連通性好的優(yōu)點(diǎn)。

（2）通過抑菌圈法觀測(cè)絲膠納米復(fù)合口罩制成的樣品周圍有明顯的抑菌圈，定性的評(píng)定絲膠復(fù)合納米口罩對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有明顯的抑菌效果。

（3）通過振蕩法定量分析，計(jì)算絲膠納米復(fù)合口罩對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌的抑菌率分別達(dá)到45.17%和48.5%。說明絲膠納米復(fù)合口罩具有顯著的抗菌性能。