殼聚糖/ACF的制備及抗菌性能研究

熊亮 韋加娜 陳錦濤

摘要：以ACF為載體，將聚乙二醇（PEG400）改性的殼聚糖膜負(fù)載于其表面，制得了殼聚糖/ACF復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，當(dāng)柔性改性的PEG400質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，改性的殼聚糖膜的柔性特征最佳，并且ACF在負(fù)載該膜后其表面微孔結(jié)構(gòu)并未發(fā)生很大的改變，抑菌結(jié)果測試表明，該復(fù)合材料對(duì)白色念珠菌的抑菌率可達(dá)100%。

關(guān)鍵詞：活性炭纖維；殼聚糖；敷料；吸附性；抑菌性

活性炭纖維（activated carbon fiber， ACF）是繼顆粒活性炭（GAC）以后在20世紀(jì)70年代逐漸發(fā)展起來的新型活性炭。ACF與以往的活性炭相比，比表面積大，含量豐富的微孔占總體積的90%左右，孔徑分布狹窄且均勻，微孔孔徑大多在1nm左右，沒有大孔和過渡孔，吸附、脫附速度快，對(duì)于痕量物質(zhì)有很好的吸附能力，可塑性和再生性強(qiáng)。ACF表面有各種官能團(tuán)，對(duì)于金屬離子、某些有機(jī)物及某些氣體有很好的選擇性吸附功能，是一種新型的高效吸附劑，在醫(yī)療衛(wèi)生界有較好的應(yīng)用前景，特別適用于對(duì)傷口的吸附和護(hù)理。然而，ACF本身不具備抗菌官能團(tuán)，在護(hù)理傷口時(shí)非常容易使傷口感染。[12]

殼聚糖為（1，4）2乙酰氨基2脫氧βD葡萄糖，由甲殼素脫乙?；茫且环N極為豐富的天然再生資源，具有無毒、無副作用、生物相容性好、可生物降解、可殺菌等特點(diǎn)。殼聚糖具有優(yōu)異的成膜性能，可制作超濾膜、滲透膜、氣體分離膜、固化酶膜、離子交換膜、醫(yī)學(xué)用膜等。目前殼聚糖膜已成為研究和開發(fā)的熱點(diǎn)，尤其是它作為天然的物質(zhì)具有生物相容性好和抑菌能力強(qiáng)的特點(diǎn)，引起了醫(yī)學(xué)界的學(xué)者們?cè)絹碓蕉嗟闹匾?。但殼聚糖存在大量的羥基和氨基，易形成分子內(nèi)或分子間的氫鍵，溶解性較差。此外，由于殼聚糖屬于剛性分子，純殼聚糖膜力學(xué)性能差，比較脆，限制了它在醫(yī)學(xué)界的使用范圍。[34]

本文針對(duì)ACF在作為傷口護(hù)理敷料的不足，以ACF為載體，研究負(fù)載柔性殼聚糖膜從而賦予其抑菌性能的制備工藝。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及材料

（1）主要儀器：Phenom Pro X型掃描電鏡（復(fù)納科學(xué)儀器）；KK22F57TI電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒）、DHP9602電熱恒溫培養(yǎng)箱（上海一恒）；SPH2102C新穎立式恒溫振蕩器（廣州廣一科學(xué)）；BXM30R立式壓力蒸汽滅菌器（上海博迅）；SWCJ1FDA單人凈化工作臺(tái)（蘇州凈化）。

（2）活性炭纖維（ATZ1300500），殼聚糖（脫乙酰度82%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），所用試劑均為分析純（特別標(biāo)注的除外），采用純凈水配制各種濃度的溶液。

1.2 殼聚糖/ACF的制備[56]

（1）ACF的活化：以2%的NaHCO3為電解液，經(jīng)清洗后的粘膠基活性炭纖維氈（ACF）為陽極，不銹鋼條棒為陰極，在40℃的電解溫度和2.0 mA/cm2的電流強(qiáng)度下電解90 s，使ACF發(fā)生陽級(jí)氧化。然后取出ACF，用清水沖洗干凈，并于110℃下干燥；

（2）殼聚糖的柔性改性：稱取1.5 g殼聚糖并加入1%的冰醋酸中配制成溶液A，稱取聚乙二醇（PEG400）加入1%的冰醋酸溶液中配成質(zhì)量百分比為0%、10%、20%、30%、40%、50%的PEG400溶液B。量取10 mL溶液B加入到溶液A中并在200 r/min的機(jī)械攪拌下混合1.5 h，制備出聚乙二醇/殼聚糖共混溶液。

（3）膜的負(fù)載：取適量經(jīng)陽極氧化的活性炭纖維氈于5g/L上述溶液中浸漬半小時(shí)，取出后離心甩干，然后經(jīng)5%的NaOH浸泡30 min后，反復(fù)水洗并于75%酒精浸泡后，自然瀝干，最終于40℃的真空干燥箱中干燥即得。

1.3 抗菌性能評(píng)價(jià)

采用改良振蕩瓶法試驗(yàn)測定活性碳纖維的滅菌性能。[7]所用菌種為白色念珠菌（Candida albicans），菌液濃度為105～107cfu/mL。首先在三角瓶中加入緩沖生理鹽水及載銀活性碳纖維，在0.1MPa蒸汽中滅菌20min，冷卻至室溫，用1mL移液腔吸取1mL菌液，移入上述三角瓶。為使試樣和細(xì)菌充分接觸，在37℃搖床振蕩一定時(shí)間。取0.1mL振蕩后溶液涂于營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基上，經(jīng)37℃、24h條件培養(yǎng)后，以稀釋平板法進(jìn)行菌落計(jì)算，算出抑菌率。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面形態(tài)分析

下圖為活性炭纖維在負(fù)載改性殼聚糖膜前后的SEM圖，其中圖1為未負(fù)載膜且未經(jīng)陽極氧化的活性炭纖維的表面形貌，圖2為陽極氧化后且負(fù)載有經(jīng)改性的殼聚糖膜的活性炭纖維表面形貌。

從圖中可以看出，活性炭纖維原始的表面形貌較為平坦，由絲狀纖維構(gòu)成；經(jīng)陽極氧化后，其表面變得稍顯粗糙，且其表面不同程度地負(fù)載有改性殼聚糖膜。這是因?yàn)?，活性炭纖維經(jīng)陽極氧化工藝，其表面結(jié)構(gòu)得以成功改性，具有機(jī)械咬合作用，從而提高了炭纖維與改性殼聚糖的粘結(jié)強(qiáng)度。因此，當(dāng)經(jīng)陽極氧化改性的活性炭纖維浸漬于殼聚糖與PEG的粘性混合溶液中，殼聚糖膜能穩(wěn)定的負(fù)載在活性炭纖維表面。

2.2 力學(xué)性能[8]

將所制得含不同聚乙二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)的復(fù)合膜裁剪成啞鈴型標(biāo)準(zhǔn)試樣，于室溫、相對(duì)濕度65%的環(huán)境中調(diào)濕48h以上至恒重。參照GB/T 104092《塑料拉伸性能試驗(yàn)方法》，以電子萬能試驗(yàn)機(jī)測試復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率，拉伸速率50mm/min，每個(gè)試樣測5次，取平均值，測得的結(jié)果如圖3所示。

從圖中可以看出，在殼聚糖膜中引入少量的PEG能顯著提高復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度，并且當(dāng)PEG溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，改性殼聚糖膜的力學(xué)性能最佳。由此可知，引入聚乙二醇能顯著改善殼聚糖硬而脆的力學(xué)性能。

2.3 吸附性能

準(zhǔn)確稱取干燥ACF試樣0.5g，剪成小碎片，并置于干燥的100mL碘量瓶中，準(zhǔn)確加入（1+9）鹽酸10.0mL，使試樣充分濕潤，并加熱至沸，微沸（30±2）s，冷卻至室溫后，加入50.0mL的0.1mol/L碘標(biāo)準(zhǔn)溶液。立即塞好瓶蓋，振蕩15min，迅速過濾到干燥燒杯。然后用移液管吸取10.0mL濾液，移入250mL碘量瓶，并加入100mL水，用0.1mol/L硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，當(dāng)溶液變淡黃色時(shí)，加2mL淀粉指示液，繼續(xù)滴定至剛好無色，記錄下使用的硫代硫酸鈉體積，按標(biāo)準(zhǔn)公司計(jì)算碘吸附值，其結(jié)果如下圖所示。

從圖中可以看出，活性炭纖維在載膜后的碘吸附值與載膜前比較，其值降低得并不顯著。這表明活性炭纖維在負(fù)載改性殼聚糖膜后，其表面微孔結(jié)構(gòu)并沒有受到嚴(yán)重的破壞，仍然保留著較好的吸附性能。

2.4 抑菌性能

將所制備得到的表面負(fù)載有改性殼聚糖膜的活性炭纖維采用上述的振蕩法進(jìn)行抑菌性能的測試，其結(jié)果如下圖所示。

從圖中可以清晰地看出，空白試樣的白色念珠菌經(jīng)18h后，其繁殖較快，表明該菌種能理學(xué)繁衍生殖。而從含改性殼聚糖膜的活性炭纖維的試樣經(jīng)0接觸和18h接觸對(duì)比可以明顯看出，白色念珠菌的生長繁殖得到很大的抑制。根據(jù)公式計(jì)算，其抑菌率達(dá)100%，表明所制備得到的含改性殼聚糖膜的活性炭纖維的抑菌性能十分優(yōu)異。

3 結(jié)論

本方通過對(duì)活性炭纖維（ACF）表面結(jié)構(gòu)的修飾改進(jìn)，并將經(jīng)聚乙二醇（PEG400）柔性改性的殼聚糖膜負(fù)載于ACF表面，其結(jié)果表明，該活性炭纖維具有一定的抑菌性能，克服了ACF作為傷口敷料易使傷口感染的不足。與此同時(shí)，載膜后的ACF，其表面微孔結(jié)構(gòu)并未發(fā)生很大的改變，仍然具有較強(qiáng)的吸附性能；另一方面，由于負(fù)載于ACF表面的膜具有較好的柔性，用作傷口敷料時(shí)能增強(qiáng)患者使用的舒適性，從而為其進(jìn)一步的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了更多的可能。

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