基于N-鹵胺化合物的聚乙烯醇/黃原膠抗菌膜的制備及性能

鄭玉霞,左夢迪,殷茂力,劉 穎,任學(xué)宏

(江南大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院,生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 無錫 214122)

1 前 言

皮膚是人體的重要器官,起著控制體溫,防止感染及體液流失、免疫及傳感的作用。表皮組織一旦破損,若不及時(shí)處理,將會(huì)造成滲出物的形成、膠原沉積不當(dāng),延緩創(chuàng)面愈合[1]。理想的傷口敷料,應(yīng)為傷口提供物理保護(hù)屏障、有柔韌性和一定的機(jī)械強(qiáng)度、可吸收傷口滲出液、防止細(xì)菌感染,并為其創(chuàng)造一個(gè)清潔、潮濕的環(huán)境[2-3]。由于局部液體和半固體制劑不能在傷口表面停留足夠長的時(shí)間,而干燥的傳統(tǒng)敷料不能為傷口愈合提供一個(gè)潮濕的環(huán)境[4],因此近四十年涌現(xiàn)出大量關(guān)于新型敷料的研究。新型敷料的形式種類多樣,如薄膜、水凝膠、水膠體、泡沫、海綿等[5]。

薄膜敷料由單面覆蓋黏性物質(zhì)的聚合物制成,它們多數(shù)外觀透明,易于觀察傷口變化情況,密切黏附在傷口處、能有效吸收傷口滲出液。聚乙烯醇(PVA)因具有良好的成膜性、生物相容性、優(yōu)異的機(jī)械性能、細(xì)胞和蛋白質(zhì)黏附小等特點(diǎn),在醫(yī)用材料領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注[6]。由于PVA 無毒性,故可作為藥丸、藥粒粘結(jié)劑,眼藥水的增粘劑,它是目前國內(nèi)藥用輔料開發(fā)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[7]。另外,天然聚合物具有生物相容性和生物降解性,適用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。黃原膠(XG)是由單胞桿菌發(fā)酵所得的細(xì)胞外酸性雜多糖,是一種重要的生物高分子材料[8]。XG 可溶于冷、熱水中,具有高黏度,高耐酸、堿、鹽特性、高耐熱穩(wěn)定性、懸浮性和觸變性等,被用作增稠劑、乳化劑、懸浮劑和穩(wěn)定劑,廣泛應(yīng)用于食品、日用化工、醫(yī)藥、紡織等領(lǐng)域[9]。天然高分子與合成高分子相比,其機(jī)械強(qiáng)度相對較低,但通過與合成高分子交聯(lián)或共混,可以改善天然高分子的機(jī)械性能[10]。

細(xì)菌是傷口感染的最主要原因,也是創(chuàng)面護(hù)理過程中的主要問題[1]。作為傷口敷料,必須具備抗菌效果,既能阻隔細(xì)菌及微生物對傷口的侵入,又能在已感染的傷口處有效的殺菌消炎,促進(jìn)愈合。目前國內(nèi)外對于抗菌劑的研究主要包括有機(jī)抗菌劑、無機(jī)抗菌劑、天然抗菌劑[11]等,但這些抗菌劑都存在一定缺點(diǎn),比如抗菌能力弱、殺菌速度慢、價(jià)格昂貴等。近二十年來,N-鹵胺類化合物作為有機(jī)抗菌劑中重要的一類,因其具有廣譜抗菌、殺菌效果好、種類多、可再生等優(yōu)點(diǎn)引起了廣泛的研究熱潮[12],并在近幾年得到迅速發(fā)展。鹵胺化合物是一種分子結(jié)構(gòu)中含有氮鹵官能團(tuán)的有機(jī)化合物,它通常是由氮?dú)?N-H)鍵經(jīng)次鹵酸鹽作用轉(zhuǎn)變成氮鹵(N-X)鍵進(jìn)行制備,由于鹵原子帶有正電荷而具有氧化性,當(dāng)接觸到鹵胺化合物會(huì)發(fā)生鹵素交換反應(yīng),使微生物或細(xì)菌失活。1-氯-2,2,5,5-四甲基-咪唑啉哃(MC)就是一種N-鹵胺類抗菌劑,化學(xué)式見圖1。據(jù)報(bào)道,MC 化合物毒性低,有望應(yīng)用于食品包裝[13]。因此,將MC負(fù)載到傷口敷料中是一種便捷、高效的方法。

圖1 MC結(jié)構(gòu)式Fig.1 Structure of MC

1962年,Winter博士的研究表明,在濕性環(huán)境下,傷口愈合速度是干性環(huán)境下的兩倍[14],濕性愈合敷料能對微生物起阻隔作用。本研究結(jié)合PVA 和XG 這兩種高分子材料,添加甘油為保濕成分,采用制備功能性聚合物復(fù)合材料常用的方法-共混法,并將抗菌活性成分MC以乙醇為溶劑添加到整個(gè)體系中,制備了一種新型的基于N-鹵胺化合物的抗菌膜PVA/XGMC。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

1,2-環(huán)氧-4-乙烯基環(huán)己烷(EVC);聚乙烯醇(PVA)1788 型,黃原膠(XG),甘油,乙醇和營養(yǎng)瓊脂;1-氯-2,2,5,5-四甲基-咪唑啉哃(MC);MC3T3-E1 細(xì)胞、胰酶消化液、磷酸鹽緩沖溶液(PBS)溶液、青霉素、MEMα 細(xì)胞培養(yǎng)基和胎牛血清;細(xì)胞計(jì)數(shù)試劑盒(CCK-8,biosharp BS350A)均為外購,且所有試劑均未進(jìn)一步純化。所用細(xì)菌為金黃色葡萄球菌(S.aureus)(ATCC 6538)和大腸桿菌(E.coil)(ATCC 8099)購自上海維塔化學(xué)試劑有限公司。

原子力顯微鏡(AFM)圖片由Dimension ICON原子力顯微鏡在點(diǎn)觸摸式下拍攝所得;萬能材料測試機(jī)(3385H)測定各種膜的力學(xué)性能。酶標(biāo)儀(Bio Tek Epoch 全波長酶標(biāo)儀)記錄光密度(OD)。

2.2 實(shí)驗(yàn)過程

2.2.1 PVA/XG 復(fù)合物的制備 配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PVA 溶液(2%～12%)于燒瓶中,將燒瓶置于油浴鍋,加熱至90℃,待PVA 完全溶解后,將溶液溫度降至70 ℃,加入適量EVC,攪拌反應(yīng)約5 h后,向PVA/EVC 溶液中加入XG (占溶液質(zhì)量比的0.5%),甘油(占溶液質(zhì)量比的分別為3%、5%、7%、9%),繼續(xù)攪拌12 h,將所得混合溶液命名為PVA/XG。

2.2.2 PVA/XG-MC 膜的制備 向所制得的PVA/XG 混合溶液中摻入一定質(zhì)量占比(5%,10%,15%,20%,25%,30%)的MC 溶液(乙醇為溶劑;濃度分別為0.1%,0.2%,0.3%,0.5%,0.7%,1.0%),用玻璃棒將兩組分充分?jǐn)嚢杈鶆?再超聲除泡(超聲功率設(shè)置為500 W,超聲30 min)。將所得PVA/XGMC混合溶液倒入潔凈的玻璃培養(yǎng)皿中,室溫下自然靜置,待干燥后即得PVA/XG-MC膜。

2.3 力學(xué)性能測試

根據(jù)ASTM D3039 標(biāo)準(zhǔn)測定了膜的力學(xué)性能。通過拉伸試驗(yàn)測定膜的拉伸強(qiáng)度和在斷裂點(diǎn)的伸長率。將實(shí)驗(yàn)樣品裁剪成一個(gè)長方形 (30 mm×100 mm),并以5 mm/min 的拉伸速度進(jìn)行測試。每種樣品測試三次,取平均值,拉伸強(qiáng)度(σ)和斷裂伸長率(δ)的計(jì)算方法如下:

式中:Nbreak和Asample分別為使膜拉斷時(shí)所需的力(N)和試樣截面面積(mm2);Lbreak為膜斷裂點(diǎn)長度增加量(mm);Loriginal為原始長度。

2.4 水蒸氣透過率的測定

按照ASTM(2010版標(biāo)準(zhǔn))方法測定了幾種膜的水蒸氣透過率。取上口直徑30 mm 的小燒杯,燒杯內(nèi)裝有30 m L 蒸餾水,將膜裁剪成直徑稍大于30 mm的圓形并蓋住燒杯口,用橡皮圈固定密封好。然后將試管放入30℃、相對濕度(RH)為(50±5)%的培養(yǎng)箱中,每24 h稱重一次,將水的重量損失記錄為時(shí)間的函數(shù)。用該函數(shù)中線性回歸方程的斜率除以小燒杯的口面積來計(jì)算水蒸氣透過率(WVTR),計(jì)算公式如下:

式中:S為線性回歸方程的斜率(g/h);A為小燒杯的口面積(m2)。

2.5 氯含量的測定

采用碘量/硫代硫酸鹽滴定法測定抗菌性PVA/XG-MC 膜 的 氯 含 量[12]。取 尺 寸 為2.54 cm ×2.54 cm的不同膜樣品放入20 m L 的去離子水中,加入0.3 g碘化鉀和2 m L 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% 的淀粉溶液,室溫?cái)嚢?0 min后溶液顯深藍(lán)色,用硫代硫酸鈉溶液滴定,直至藍(lán)色消失。使用式(4)計(jì)算所制備膜的含氯量CCe-(膜表面的氯的含量):

式中:N為滴定所用的硫代硫酸鈉溶液的當(dāng)量濃度(equiv/L),V為消耗硫代硫酸鈉溶液的體積(m L),S為膜樣品的面積(cm2),每種樣品測三次,取均值。

2.6 抗菌測試

采用改進(jìn)的AATCC 100-2004方法對PVA/XGMC膜進(jìn)行抗菌效果測試,以PVA 和PVA/XG 膜作為對照組。實(shí)驗(yàn)采用的細(xì)菌為革蘭氏陰性金黃色葡萄球菌(ATCC 6538)和革蘭氏陽性大腸桿菌(ATCC 8099),用移液槍吸取25μL的細(xì)菌懸浮液添加到膜樣品(2.54 cm×2.54 cm)中心,再蓋上另一片樣品,為使樣品與細(xì)菌充分接觸,將滅菌后的砝碼放置在上面。當(dāng)接觸時(shí)間達(dá)到5,10,30 min 后,將樣品移至含有5 m L經(jīng)高溫滅菌后的硫代硫酸鈉溶液的離心管中,以淬滅樣品中的活性氯。渦旋2 min后,將離心管中溶液取適量,依次用磷酸緩沖溶液稀釋10,100,1000倍,并分別取100μL接種至瓊脂盤上。再轉(zhuǎn)移至37℃培養(yǎng)箱,孵育24 h后,記錄菌落數(shù)并計(jì)算殺菌結(jié)果。

2.7 體外細(xì)胞毒性測試

用MC3T3-E1細(xì)胞來研究所制備的膜的細(xì)胞相容性。首先將制備好的樣品切片、稱重,細(xì)胞接種前,用90% 的酒精浸泡20 min滅菌,然后用PBS溶液浸泡5 min進(jìn)一步純化。隨后,將滅菌后的樣品置于48孔板中,用適量MEMα培養(yǎng)基將樣品浸泡24 h,得到濃度為0.001%的提取液。用培養(yǎng)基將提取液連續(xù)稀釋5 次,得到不同濃度梯度的提取液(50,25,12.5,6.25,3.125 mg/L)。將MC3T3-E1細(xì)胞接種于96孔板上,細(xì)胞密度為0.3×104個(gè)細(xì)胞/孔。在37℃、含5%CO2的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)1 d后,實(shí)驗(yàn)組將培養(yǎng)基更換為提取液,對照組更換新鮮的MEMα培養(yǎng)基。每個(gè)樣本進(jìn)行三次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。然后再培養(yǎng)MEMα1 d,使用細(xì)胞計(jì)數(shù)Kit-8(CCK-8)測定試樣對于MC3T3-E1細(xì)胞的細(xì)胞毒性。用酶標(biāo)儀測定樣品在450 nm 處的吸光度(ODsample),以PBS 溶液在此波長處OD 值(ODblank)為空白對照,通過式(5)測定細(xì)胞存活率:

3 結(jié)果與討論

3.1 工藝影響因素

3.1.1 PVA 濃度對膜的影響 在PVA 與EVC物質(zhì)的量比為2∶1,添加0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)黃原膠、5% 甘 油,并 摻 入25% 的MC 溶 液 (濃 度 為0.7%)的條件下,考察PVA 濃度對于所制PVA/XGMC膜的影響。圖2 所示膜的尺寸均為15 mm×35 mm×1.5 mm。研究結(jié)果表明:當(dāng)PVA 濃度較低(2%、4%)時(shí),所制備溶液偏稀、成膜效果差、且成膜時(shí)間長;當(dāng)PVA 濃度較高時(shí),摻入XG 后,由于XG 的增稠效果好,使得混合溶液過于濃稠,使用不便。此外從圖中還可以看出PVA 濃度對于所制薄膜外觀、手感和透明度影響不大。綜合考慮,選擇PVA 濃度為8%。

圖2 PVA 濃度(a-2%;b-4%;c-6%;d-8%;e-10%;f-12%)不同時(shí)所制備的PVA/XG-MC膜的照片F(xiàn)ig.2 Photographs of the prepared PVA/XG-MC membrances with different PVA concentrations(a-2%,b-4,c-6%,d-8%,e-10%,f-12% )

3.1.2 EVC含量對膜力學(xué)性能的影響 在PVA的濃度為8%,添加0.5% XG(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)、5%甘油,并摻入25% 的MC 溶液(濃度為0.7%)的條件下,考察PVA 與EVC物質(zhì)的量比對于所制膜的力學(xué)性能的影響。從表1可以看出:當(dāng)PVA 與EVC 的物質(zhì)的量比逐漸減小時(shí),即所添加的EVC 的量越小,所得膜材料的拉伸強(qiáng)度越低,但斷裂伸長率有所增加,可見PVA 通過與EVC 的加熱共混反應(yīng)并添加XG、甘油和MC后,變得相對較柔韌,即相較于原PVA,拉伸性能均有提高。PVA/XG-MC 膜力學(xué)性能的變化可能是由于PVA 與EVC和XG 之間的共同作用產(chǎn)生的。圖3為原PVA 膜(圖3a)與采用PVA 與EVC的物質(zhì)的量比為2∶1時(shí)所得到的PVA/XG-MC膜(圖3b)。從圖3可以看出:在相同條件下所制得的兩種薄膜,在成膜后立即查看,原PVA 膜干燥透明,有塑料手感,不易被拉伸;而PVA/XG-MC膜柔軟,易被拉伸并產(chǎn)生形變(圖3c)。另外,在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)EVC的添加量較大時(shí)(PVA 與EVC物質(zhì)的量比小于1),所得PVA/XG-MC 膜暴露在自然環(huán)境下約12 h后表面會(huì)出現(xiàn)類似油狀物,可能影響后續(xù)使用?？紤]此,優(yōu)選PVA 與EVC的物質(zhì)的量比為2∶1。

圖3 (a)PVA 膜與(b)當(dāng)PVA 與EVC物質(zhì)的量的比為2∶1時(shí)所得PVA/XG-MC膜;(c)拉伸后的PVA/XG-MC膜Fig.3 (a)PVA membrance,(b)PVA/XG-MC membrance with PVA to EVC was 2∶1,(c)The PVA/XG-MC membrance after tensile

表1 PVA與EVC物質(zhì)的量比與所得膜的力學(xué)性能關(guān)系Table 1 Influence of the molar ratio of PVA to EVC on mechanical properties

3.1.3 甘油添加量的影響 在PVA 的濃度為8%,PVA 與EVC 物 質(zhì) 的 量 比 為2∶1,添 加0.5%XG,并摻入25% 的MC溶液(濃度為0.7%)的條件下,考察甘油添加量對于所制膜的水蒸氣透過率的影響。由圖4可知,PVA 膜(圖4a)的水蒸氣透過率較低(80 g/(m2·h)-1);當(dāng)PVA 與EVC以物質(zhì)的量比為2∶1經(jīng)共熱反應(yīng),并添加0.5%XG后所制得的膜(圖4b)的水汽透過率大幅提高(141 g/(m2·h)-1),該結(jié)果可能歸因于XG 良好的親水性。添加甘油后(圖4 c～f)水蒸汽透過率進(jìn)一步提高。當(dāng)所添加的甘油占混合溶液的質(zhì)量比為5% 時(shí),所制膜的水蒸汽透過率為153 g/(m2·h)-1;隨著甘油添加量的進(jìn)一步增大,水蒸汽透過率的增幅漸緩,因此優(yōu)選甘油添加量為5%。

圖4 甘油添加量對膜的水蒸氣透過率的影響(a.PVA 膜,b-f.PVA/XG-MC膜,其中甘油的質(zhì)量占比依次為0%,3%,5%,7%,9%)Fig.4 Influence of glycerin content on water vapor transmission rate of membrance(a.PVA membrance,b-f.PVA/XG-MC membrance,the mass ratios of added glycerin were 0%,3%,5%,7%,9%,respectively)

3.1.4 乙醇添加量的影響 在PVA 的濃度為8%,PVA 與EVC 物質(zhì)的量的比為2∶1,添加0.5%XG、5% 甘油的條件下,考察乙醇添加量對于PVA/XG 混合溶液儲(chǔ)存狀態(tài)的影響。從圖5可以看出:隨著乙醇添加量的的增加,PVA/XG 混合溶液由濃稠的乳白色酸奶狀逐漸變?yōu)橥该鞯哪z水狀,但當(dāng)乙醇的質(zhì)量占比達(dá)到30% 時(shí),經(jīng)30 d的靜置儲(chǔ)存后可明顯發(fā)現(xiàn),該混合溶液中出現(xiàn)了白色絮狀析出物,猜測可能是不溶于乙醇的XG 在摻入大量乙醇后析出。所以,優(yōu)選了乙醇的添加量為25%。

圖5 乙醇添加量對于PVA/XG 混合溶液儲(chǔ)存狀態(tài)的影響a-g添加的乙醇質(zhì)量占比依次為0%,5%,10%,15%,20%,25%,30%Fig.5 Effects of ethanol dosage on storage state of PVA/XG mixed solution.a-g.The mass ratios of the added ethanol were 0%,5%,10%,15%,20%,25%,30%,respectively

3.1.5 MC 濃度的影響 在PVA 的濃度為8%,PVA 與EVC物質(zhì)的量比為2∶1,添加0.5% XG、5%甘油的條件下,以乙醇為溶劑配制了不同濃度的MC溶液(0.1%,0.2%,0.3%,0.5%,0.7%,1.0%),將MC溶液以25% 的質(zhì)量占比添加到PVA/XG 混合溶液中,充分?jǐn)嚢杈鶆虻肞VA/XG-MC 混合溶液,考察MC溶液濃度對于所制PVA/XG-MC 膜的氯含量的影響。由圖6可知,隨著MC 溶液濃度的增大,所得PVA/XG-MC膜的氯含量越高。當(dāng)N-鹵胺類抗菌膜的氯含量達(dá)到6.28×1017atoms/cm2時(shí),可分別在5 min和1 min內(nèi)殺死對數(shù)值約為6.07的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌[15]。據(jù)此,本研究選擇MC溶液濃度為0.7%,即可制得氯含量為8.30×1017atoms/cm2的抗菌性PVA/XG-MC膜。

圖6 MC濃度對所制的PVA/XG-MC膜中氯含量的影響Fig.6 Effect of MC concentration on the chlorine content in the prepared PVA/XG-MC membrance

綜上所述,各組分的最佳工藝參數(shù)為:8% PVA溶液,PVA 與EVC 物質(zhì)的量比為2∶1,添加0.5%的XG,甘油質(zhì)量占比為5%,以25%的質(zhì)量占比向混合溶液中加入MC溶液。此外,對于PVA/XG-MC膜的制備,選擇了MC溶液濃度為0.7%,進(jìn)行接下來的表征與測試。

3.2 AFM 分析

從圖7(a)可見純PVA 膜表面呈較為平整的微觀結(jié)構(gòu)。而PVA/XG 膜(圖7(b))表面呈非常規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),這種明顯的形貌差異可能是由于XG 的摻入而產(chǎn)生的。XG 側(cè)鏈的丙酮酸基團(tuán)和乙?；赏ㄟ^氫鍵或靜電作用反向纏繞主鏈形成棒狀螺旋的二級結(jié)構(gòu),并進(jìn)一步通過非共價(jià)鍵作用形成更復(fù)雜的網(wǎng)狀螺旋復(fù)合體結(jié)構(gòu)[16]。一方面,XG 主、側(cè)鏈上含有大量的羥基、羧基、成縮酮等活性基團(tuán),在與PVA 和EVC共混且受熱的條件下部分發(fā)生鍵合,形成類似于“交聯(lián)”的效果。另一方面,XG 在水溶液經(jīng)80 ℃處理后會(huì)產(chǎn)生分子構(gòu)象變化:當(dāng)溶液較濃,XG的雙螺旋結(jié)構(gòu)從兩端展開,但不分裂成兩條單鏈。降溫復(fù)性過程中,XG 二聚體會(huì)發(fā)生不匹配單鏈之間的聚集[17]。在本實(shí)驗(yàn)中,XG 經(jīng)歷了從70 ℃冷卻至室溫的過程,推測溫度變化對圖7b中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成也具有一定作用。此外如圖7(c),添加了N-鹵胺抗菌劑MC的PVA/XG-MC(8.30×1017atoms/cm2)膜與PVA/XG 相比,微觀形貌上沒有明顯的變化,仍然呈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖7 三種不同膜的AFM 圖片 (a)PVA 膜,(b)PVA/XG 膜,(c)PVA/XG-MC膜(氯含量為8.30×1017 atoms/cm2)Fig.7 AFM images of different membrances (a)PVA membrance,(b)PVA/XG membrance,(c)PVA/XG-MC membrance(The chlorine content is 8.30×1017 atoms/cm2)

3.3 抗菌結(jié)果

以純PVA 膜和PVA/XG 膜為對照樣,氯含量為8.30×1017atoms/cm2的PVA/XG-MC膜為測試樣,分別接種了1.32×106(6.12 log)CFU/試樣和1.12×106(6.04 log)CFU/試樣的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌,進(jìn)行抗菌性能測試,所得測試結(jié)果參見表2。從表中可以看出純PVA 膜和PVA/XG 膜對兩種細(xì)菌均表現(xiàn)出了一定的“抑制”作用,兩種細(xì)菌都有一定的減少,這是由于部分細(xì)菌黏附在了膜表面[15]。且PVA/XG 膜較PVA 膜對細(xì)菌的減少量更大,該結(jié)果可能是由于PVA/XG 膜具有更好的親水性,可以黏附更多的細(xì)菌。但當(dāng)摻入MC 后所得的PVA/XGMC膜具有優(yōu)異的抗菌性能,可在5 min內(nèi)殺死所有接種的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌。PVA/XG-MC膜中所含的鹵胺化合物MC 能通過將共價(jià)鍵合氯或解離氯轉(zhuǎn)移到細(xì)菌表面,從而使微生物失活。

表2 PVA/XG-MC對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌結(jié)果。Table 2 Antibacterial property of PVA/XG-MC against S.aureus and E.coli.

圖8(a1)、(b1)分別為原接種的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在培養(yǎng)基中的生長情況,(a2/a3)、(b2/b3)分別是大腸桿菌、金黃色葡萄球菌與PVA膜、PVA/XG 膜接觸30 min后再接種培養(yǎng)所得菌落照片。a4和b4代表大腸桿菌和金黃色葡萄球菌分別與PVA/XG-MC膜接觸5 min后接種培養(yǎng)后的情況,可見細(xì)菌與PVA/XG-MC 膜接觸5 min后就已被全部殺死。

圖8 抗菌結(jié)果圖片(a-大腸桿菌,b-金黃色葡萄球菌)1-對照組,原菌接種;2-細(xì)菌與PVA 接觸30 min;3-細(xì)菌與PVA/XG接觸30 min;4-細(xì)菌與PVA/XG-MC(8.30×1017 atoms/cm2)接觸5 minFig.8 Photographs of the antibacterial efficacy(a-E.coli,b-S.aureus).1-controls,the original bacteria inoculation,2-the bacteria contacting with PVA for 30 min before inoculation,3-the bacteria contacting with PVA/XG for 30 min before inoculation,4-the bacteria contact with PVA/XG-MC(8.30×1017 atoms/cm2)for 5 min before inoculation

3.4 細(xì)胞毒性

通過間接接觸法測定了PVA 膜、PVA/XG 膜和PVA/XG-MC(8.30×1017atoms/cm2)膜對于MC3T3-E1細(xì)胞的細(xì)胞毒性,以研究它們的細(xì)胞毒性。細(xì)胞經(jīng)過不同濃度的提取液孵育24 h后,細(xì)胞存活率結(jié)果如圖9所示。對于PVA 和PVA/XG,使用濃度為0.000313%～0.001%的樣品提取液培養(yǎng)細(xì)胞,所得結(jié)果顯示細(xì)胞存活率均超過了80%;對于PVA/XG-MC,細(xì)胞存活率與提取液濃度呈負(fù)相關(guān),即提取液濃度越高,細(xì)胞存活率越低,該結(jié)果可能是由于MC分子內(nèi)活性氯的存在造成的[18]。即使提取液濃度達(dá)到0.001%,細(xì)胞存活率也有69.4%。結(jié)果表明,所制備的PVA/XG-MC 膜對MC3T3-E1細(xì)胞不具有明顯的細(xì)胞毒性。

圖9 PVA,PVA/XG 及PVA/XG-MC(8.30×1017 atoms/cm2)膜對MC3T3-E1細(xì)胞的細(xì)胞毒性Fig.9 Cytotoxicity of PVA,PVA/XG and PVA/XG-MC(8.30×1017 atoms/cm2)membrance to MC3T3-E1 cells

4 結(jié) 論

本研究制備出一種基于N-鹵胺化合物的聚乙烯醇/黃原膠抗菌膜(PVA/XG-MC)。通過工藝探究得到各組分的最佳工藝條件為:8%PVA,PVA 與EVC物質(zhì)的量比為2∶1,0.5%XG,5% 甘油,MC溶液的添加量為25%。當(dāng)添加的MC 溶液濃度為0.7% 時(shí),PVA/XG-MC膜的氯含量為8.30×1017atoms/cm2;經(jīng)測定該膜的拉伸強(qiáng)度為(15.02±1.4)MPa,斷裂伸長率為(216±8)%,水蒸氣透過率為153 g/(m2·h)-1。對制備的抗菌性膜進(jìn)行了AFM 表征,發(fā)現(xiàn)PVA/XG-MC膜呈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?？咕鷾y試結(jié)果表明,所制備的PVA/XG-MC膜可在5 min內(nèi)將6.12 log的金黃色葡萄球菌和6.04 log的大腸桿菌全部滅活,顯示出優(yōu)異的抗菌效率。通過體外細(xì)胞毒性測試評價(jià)了膜材料對于MC3 T3-E1細(xì)胞的細(xì)胞毒性,結(jié)果表明所制備的膜具有較好的細(xì)胞相容性。綜上,所制得的PVA/XG-MC抗菌膜具有良好的機(jī)械性能,且透水蒸氣性好、殺菌效率高、細(xì)胞毒性低,因此具有作為醫(yī)用敷料的潛力。