基于氧化氯的抗菌水凝膠的制備及表征

賈慧穎 許祺 左桂福 王鐵剛

摘要：本文以二氧化氯為綠色抗菌劑，通過冷凍干燥法制備了聚乙烯醇抗菌海綿，利用浸漬法將水溶性高分子溶液浸漬到抗菌海綿中，得到新型抗菌水凝膠。采用FT-IR、SEM等測試方法對樣品進行分析表征。結(jié)果表明：以1%聚乙烯醇溶液為基體，亞氯酸鈉溶液為抗菌劑，經(jīng)冷凍5h，真空干燥36h制作的海綿，海綿孔隙最致密，機械強度最高，此海綿經(jīng)1%羧甲基殼聚糖溶液浸漬效果最好，抗菌水凝膠機械強度最高，抗菌2h抗菌率高達95.12%，抗菌效果最優(yōu)異。

關(guān)鍵詞：聚乙烯醇;抗菌海綿;抗菌水凝膠;亞氯酸鈉

緒論

有研究表明，皮膚在濕潤的環(huán)境下愈合更加迅速[1]。而水凝膠輔料能保持創(chuàng)面持續(xù)濕潤，為傷口提供濕潤的愈合環(huán)境。作為創(chuàng)面敷料，水凝膠材料擁有較好的機械強度，但是當(dāng)前很多高分子水凝膠敷料不具備抗菌性能，容易滋生細菌，導(dǎo)致傷口感染。抗菌水凝膠是近年來發(fā)展迅速的一種新型抗菌材料。常見的銀納米粒子等無機抗菌劑擁有良好的抗菌性能，但是其潛在毒性和劑量依賴性，并沒有被廣泛應(yīng)用。二氧化氯（ClO2）具有殺菌效果優(yōu)異、用量少、作用迅速，在很大的pH范圍內(nèi)均有很強的殺菌能力以及殺菌效果持續(xù)時間長等優(yōu)點，已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織（WHO）定為A1級高效安全消毒劑[2，3]。

本文以亞氯酸鈉為原料，通過添加穩(wěn)定劑、pH緩沖劑、吸收劑制備穩(wěn)定的氧化還原電位水溶液。以聚乙烯醇為基體，氧化還原電位水為分散體，制備具有抗菌功能的高分子復(fù)合水凝膠，采用冷凍干燥技術(shù)將高分子復(fù)合水凝膠制備成多孔海綿，以上述抗菌多孔海綿為骨架材料，以羧甲基殼聚糖為凝膠材料，采用浸漬法將抗菌海綿浸漬成復(fù)合水凝膠，研究抗菌劑比例、制備參數(shù)對復(fù)合材料性能的影響進行系統(tǒng)研究。以它們獨特的組合以及目前正在開發(fā)的方法將為抗感染治療提供一個有希望的未來[4]。

1實驗材料及方法

1.1材料

聚乙烯醇、亞氯酸鈉、四硼酸鈉、30%過氧化氫、氯化鈉、牛肉浸膏、平板計數(shù)瓊脂、大腸桿菌、月桂基硫酸鹽胰蛋白胨，上述試劑均為分析純。

1.2多孔抗菌海綿的制備

稱取1g 聚乙烯醇，加入100mL去離子水，在100℃的恒溫水浴中劇烈攪拌至完全溶解，得到PVA溶液。將制備好的穩(wěn)定亞氯酸鈉溶液按照不同抗菌比例分別加入到上述溶液中攪拌（抗菌比例分別為抗菌劑占海綿總質(zhì)量25%/20%/0），得到抗菌凝膠，將溶液倒入24孔板培養(yǎng)皿中成型，在冰箱中預(yù)冷凍2h，預(yù)凍體在真空冷凍干燥機干燥，得到多孔抗菌海綿。

1.3復(fù)合抗菌水凝膠的制備

量取100mL去離子水，邊攪拌邊分別加入1g羧甲基殼聚糖，超聲約1h，直至完全溶解，將戊二醛稀釋為質(zhì)量分數(shù)1%的溶液，將多孔抗菌海綿加入到含有羧甲基殼聚糖溶液的離心管中，進行真空浸漬，使羧甲基殼聚糖溶液完全浸漬到多孔海綿中，浸漬完畢后，將浸漬好的抗菌海綿加入到稀釋好的戊二醛溶液中，進行交聯(lián)，制得復(fù)合抗菌水凝膠。

2結(jié)果與討論

2.1抗菌海綿的形貌研究

采用掃描電子顯微鏡（SEM）對PVA多孔抗菌海綿的形貌進行了分析，由圖1可以看出，采用冷凍干燥法制備的海綿具有豐富的多孔結(jié)構(gòu)，隨著抗菌劑比例的提升，孔洞數(shù)量有明顯的減小趨勢。如圖（b）所示的抗菌劑占比為20%的聚乙烯醇抗菌海綿，可以清晰的看到均勻分布的抗菌劑顆粒，隨著抗菌劑比例的增加，抗菌海綿組織上的抗菌劑顆粒越來越多。由圖（d）可知，抗菌劑占比增加到25%并沒有影響聚乙烯醇抗菌海綿收縮。為了保證抗菌效果，選擇抗菌劑比為25%的聚乙烯醇抗菌海綿作為后期制作復(fù)合抗菌水凝膠的抗菌海綿。

2.2復(fù)合水凝膠紅外光譜分析

為確定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和鑒別化學(xué)物，對不同抗菌比聚乙烯醇抗菌海綿進行紅外光譜分析，如圖2所示。位于3435cm-1處的特征峰為分子間氫鍵-OH伸縮振動峰，位于2930cm-1為甲基以及亞甲基上的C-H的振動伸縮峰，位于1103cm-1為C-O-C伸縮振動峰，證實聚乙烯醇海綿材料具有親水基團OH，并且成功進行了縮醛化反應(yīng)[5]。而含有抗菌劑兩個聚乙烯醇抗菌海綿樣品顯示的特征峰，是位于750-900cm-1之間的Cl-O峰，這意味著在聚乙烯醇海綿上成功引入了抗菌劑ClO2，由此可得：亞氯酸鈉溶液可以作為抗菌劑添加到聚乙烯醇中制作抗菌海綿。

2.4抗菌性能研究

由表1可以看出，含25%抗菌劑的PVA復(fù)合水凝膠組菌落較空白對照組與加入無抗菌劑的PVA水凝膠組數(shù)量明顯減少，抗菌率可達95.1%。

3結(jié)論

以PVA為基體，亞氯酸鈉為抗菌組份，采用冷凍干燥法，成功制備了PVA抗菌海綿。以羧甲基殼聚糖為凝膠基體，以戊二醛為交聯(lián)劑，采用浸漬法，制備了復(fù)合抗菌水凝膠。25%的聚乙烯醇-羧甲基殼聚糖復(fù)合抗菌水凝膠1h，抗菌率為95.12%，有望在傷口領(lǐng)域得到應(yīng)用。

參考文獻

[1]Azad AK，Sermsintham N，Chandrkrachang S，Stevens WF. Chitosan membrane as a wound-healing dressing： character ization and clinical application[J]. J.Biomed. Mater. Res.B， 2004，69B，216-222.

[2]張勇，李寶根.二氧化氟對霉變玉米黃曲霉毒素B1脫毒效果的研究[J].食品科學(xué)，2001，22（10）：68-70.

[3]潘永貴，植麗華，黃德凱.穩(wěn)定態(tài)二氧化氯殺菌劑在MP芒果上應(yīng)用研究[J].食品科學(xué)，2003，24（2）：142-144.

[4]Li SQ，Dong SJ，Xu WG，Tu SC，Yan LS，Zhao CW，Ding JX，Chen XS.Antibacterial hydrogels.Adv.Sci，2018，5，1700527.

[5]楊旭.抗菌型聚乙烯醇基水凝膠材料的制備及其性能研究[D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2020，9，13-16.