載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布的制備及其抗菌性能*

王海樓 肖 瑤 王 道 張廣宇 張 瑜

南通大學紡織服裝學院，江蘇 南通 226019

海藻酸鈣纖維是一種天然的多糖纖維，它具備高吸濕性及良好的止血能力和抗菌性，同時，它也是一種具有高溶脹性能的“生物型”纖維，故還具有很好的生物活性和生物降解性，且能夠與人體兼容，因此廣泛地應用在醫(yī)療衛(wèi)生領域[1]。作為醫(yī)用敷料使用時，如何提高海藻酸鈣纖維制品的抗菌性能是目前研究的熱點。

何瑞華[2]運用高能沖擊振蕩方式，將殼聚糖研磨成細粉后加入海藻酸鈣溶液中，用以提高海藻酸鈣纖維的抗菌性能。林志群等[3]首先對羧甲基纖維素和海藻酸鈉進行一系列的處理，得到海藻酸鈉羧甲基復合物，再通過浸漬富集法制得載銀海藻酸鈣抗菌材料。

水刺非織造布具有吸濕性和透氣性好、手感柔軟、強度高和懸垂性好等優(yōu)點，且無需黏合劑加固，是制備醫(yī)用敷料的理想材料。本研究基于海藻酸鈣纖維水刺非織造布對氨基納米銀的強吸附性，制備載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布，期望獲得一種載銀海藻酸鈣纖維醫(yī)用敷料的簡易制備方法，在提高海藻酸鈣纖維醫(yī)用敷料的抗菌性能的同時，改進其使用性能。

1 試驗部分

1.1 試驗材料及儀器

(1) 試驗材料：海藻酸鈣纖維水刺非織造布(青島海藍生物制品有限公司，面密度為84 g/m2)；氨基納米銀溶液(銀離子濃度為4 000 mg/L，實驗室自制)；黏膠纖維水刺非織造布(青島德裕恒紡織有限公司，面密度為85 g/m2)；無水氯化鈉和無水氯化鈣(分析純，上海精科試劑)。

(2)儀器：SciosDualBeam型電子顯微鏡(美國賽默飛世爾科技)；Inca X-Max50型能譜儀(EDS，英國牛津儀器公司)；EVO MA15型掃描電鏡(SEM，德國卡爾蔡司股份公司，與EDS聯用)；Vista-MPX型全譜直讀電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP-OES，美國瓦里安醫(yī)療系統公司)；SHA-C型恒溫水浴振蕩器(常州億能實驗儀器廠)；DGL-35B型高壓蒸汽滅菌器(上海力辰儀器科技有限公司)；DHG-9030型烘箱(上海精宏實驗設備有限公司)。

1.2 載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布的制備

取一定量的氨基納米銀溶液，分別用去離子水稀釋53、40和20倍，形成3種銀離子濃度分別為75、100和200 mg/L的浸漬液。剪取3塊質量各為1.000 g的海藻酸鈣纖維水刺非織造布作為樣布，分別浸泡在盛有銀離子濃度為75、100和200 mg/L的浸漬液的燒杯中，浴比均為1∶50；然后將燒杯放在SHA-C型恒溫水浴振蕩器(90.0 ℃)中振蕩1 h，至溶液變清澈時取出樣布。將浸漬整理后的樣布放入DHG-9030型烘箱(100.0 ℃)中焙烘30 min，然后取出，再經DHG-9030型烘箱(140.0 ℃)焙烘3 min，得到3種載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布，分別標記為1#、2#、3#。

1.3 纖維形貌及成分分析

分別取海藻酸鈣纖維水刺非織造布和2#載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布作為試樣，采用SciosDualBeam型電子顯微鏡觀察纖維形貌(放大10 000倍)，采用Inca X-Max50型能譜儀與EVO MA15型掃描電鏡進行成分分析。

1.4 吸液率的測定

分別取初始質量為W的海藻酸鈣纖維水刺非織造布、3種載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布(1#～3#)和黏膠纖維水刺非織造布作為試樣，其尺寸均為5 cm×5 cm，備用。

稱取8.300 g的無水氯化鈉和0.277 g的無水氯化鈣，溶于1 000 mL的蒸餾水中，形成A溶液。取9個直徑為12 cm的培養(yǎng)皿，分別倒入質量為200W的A溶液，再分別放入試樣。然后，用保鮮膜將培養(yǎng)皿封住，放入溫度為35.2 ℃的恒溫箱中培養(yǎng)30 min后取出。接著，用鑷子夾取試樣的一個角并保持40 s左右，至試樣不再滴水時稱取試樣吸液后質量(記為W1)。最后，按式(1)計算試樣的吸液率：

(1)

1.5 載銀量的測定

取0.100 g載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布作為試樣，溶解在10 mL質量分數為98%的濃硫酸中，稀釋至100 mL，然后采用Vista-MPX型ICP-OES測定銀離子濃度，根據式(2)計算試樣的載銀量。

(2)

式中：C為銀離子濃度，mg/L；V為溶液體積，L；m為試樣質量，g。

1.6 抗菌試驗

分別取海藻酸鈣纖維水刺非織造布和3種載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布(1#～3#)作為試樣，剪成尺寸約10 cm×10 cm的碎片，稱取0.750 g并放入DGL-35B型高壓蒸汽滅菌器，進行30 min的滅菌處理。測試方法采用GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價 第3部分：振蕩法》，測試菌種為金黃色葡萄球菌(屬革蘭氏陽性菌)和大腸埃希氏菌(屬革蘭氏陰性菌)。對比培養(yǎng)皿中原樣與載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布的菌種數量[6]。

2 結果與討論

氨基納米銀溶液是經過氨基化改性的納米銀分散液，其中的銀顆粒表面存在著大量的氨基和亞氨基。將海藻酸鈣纖維水刺非織造布浸漬于氨基納米銀溶液中，在高溫條件下，隨著浸漬時間的增加，氨基納米銀溶液由金黃色變成透明無色，海藻酸鈣纖維則由白色變成黃褐色，當浸漬時間為1h時可以達到平衡。一方面，海藻酸鈣纖維分子中的羧基與銀顆粒表面的氨基形成氫鍵結合，銀顆粒可以通過氫鍵作用被吸附到海藻酸鈣纖維表面。另外一方面，海藻酸鈣纖維表面帶負電荷，銀顆粒表面帶正電荷，由此形成靜電力作用，這有利于提高海藻酸鈣纖維對銀顆粒的吸附能力。

2.1 表面形貌及成分分析

為了比較浸漬整理前后的海藻酸鈣纖維水刺非織造布的表面形貌，圖1分別給出了海藻酸鈣纖維水刺非織造布和2#載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布的表面形貌觀察結果。

(a) 海藻酸鈣纖維水刺非織造布

(b) 2#載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布

通過比較圖1中的(a)和(b)可以看出，海藻酸鈣纖維水刺非織造布的纖維表面光滑，沒有銀顆粒存在；載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布的纖維表面附著銀顆粒，其粒徑在10 nm左右。

圖2所示為2#載銀海藻酸鈣非織造布表面的成分分析結果。

黃色—C元素；粉紅色—O元素；藍色—Ca元素；綠色—Ag元素(a) 元素分布

(b) C元素

(c) Ca元素

(d) Ag元素

從圖2(a)可以看出，載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布表面的成分有碳(C)、氧(O)、鈣(Ca)和銀(Ag)共4種元素。圖2中(b)～(d)分別顯示了C、Ca和Ag這3種元素的分布情況，它們均密集地覆蓋在海藻酸鈣纖維上。

由此表明，通過氨基納米銀溶液浸漬整理后，銀顆粒均勻地負載于海藻酸鈣纖維水刺非織造布的表面。

2.2 吸液率

表1給出了海藻酸鈣纖維水刺非織造布、3種載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布(1#～3#)和黏膠纖維水刺非織造布的吸液率測試結果。

表1 吸液率測試結果

由表1中的數據可知，海藻酸鈣纖維水刺非織造布的吸液率為5.950 g/g，明顯低于載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布和黏膠纖維水刺非織造布，其原因可能是海藻酸鈣纖維表面存在鈣離子，故具有一定的疏水性，這對其吸液能力不利。黏膠纖維水刺非織造布有很強的吸液能力，其吸液率為12.200 g/g，這應歸功于黏膠纖維良好的吸濕性。3種載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布的吸液率均在17.000 g/g以上，最高可達到20.590 g/g。當海藻酸鈣纖維水刺非織造布浸漬于氨基納米銀溶液中，海藻酸鈣纖維中的鈣離子和氨基納米銀溶液中的陽離子NH+發(fā)生交換，使得海藻酸鈣纖維中的鈣離子含量減小，導致部分海藻酸鈣變成海藻酸。同時，氨基納米銀溶液中親水性較好的氨基化合物吸附在海藻酸鈣纖維表面。因此，載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布的吸液性能明顯提高。

2.3 載銀量與抗菌性能

表2所示為浸漬整理前后的海藻酸鈣纖維水刺非織造布的載銀量與抗菌性能測試結果。

表2 載銀量與抗菌性能測試結果

由表2中的載銀量數據可知，海藻酸鈣纖維具有較好的銀離子吸附性，可以把氨基納米銀溶液中的銀顆粒全部吸附到纖維表面。隨著載銀量的增大，3種載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布的抑菌率逐步提高。載銀量為3.75 mg/g時，載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布(1#)對金黃色葡萄球菌和大腸埃希氏菌的抑菌率均已達到99.00%以上。當載銀量為10.00 mg/g時，載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布對金黃色葡萄球菌和大腸埃希氏菌的抑菌率均達到99.90%以上。

3 結論

(1) 利用氨基納米銀溶液對海藻酸鈣纖維水刺非織造布進行浸漬整理，成功制備了載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布。

(2)浸漬整理后的載銀海藻酸鈣纖維水刺非織造布的吸液率明顯高于浸漬整理前的海藻酸鈣纖維水刺非織造布和黏膠纖維水刺非織造布，前者對金黃色葡萄球菌和大腸埃希氏菌都具有比較好的抑制效果，抑菌率達到99.00%以上。