一種靜電紡海藻酸鹽納米纖維膜敷料制備及性能分析測試

賈 媛,何慶莉

(重慶護理職業(yè)學(xué)院，重慶 402760)

傳統(tǒng)的醫(yī)用敷料一般為紗布、繃帶，這種傳統(tǒng)敷料雖能有效進行物理隔離；但在傷口恢復(fù)過程中容易粘連在傷口處，更換時易對傷口造成二次傷害。因此，對傳統(tǒng)的醫(yī)用敷料進行改進，成為當(dāng)前思考和研究的重點。水凝膠醫(yī)用敷料是對傳統(tǒng)敷料技術(shù)創(chuàng)新的結(jié)果，因其富有彈性，易于去除，更換時不會造成二次損傷，受到醫(yī)藥領(lǐng)域的廣泛重視。水凝膠的性能與原材料的關(guān)系很大，在制備水凝膠材料過程中，還應(yīng)該考慮敷料的抗菌、止血等性能。有學(xué)者將海藻酸鈉及衍生物加入到水凝膠性敷料中，以達到止血、抗菌、促進創(chuàng)面愈合的功效；以PVA、海藻酸鈉為主要原材料，制備出一種新型載藥止血復(fù)合膜。但實踐發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的海藻酸鈉納米纖維多采用濕紡絲法制備，這種制備方法存在纖維間孔隙大，纖維不連貫的問題?；谝陨蠁栴}，本試驗嘗試采用靜電紡絲法對海藻酸鈉納米纖維進行制備，從而提升海藻酸鈉納米纖維的綜合性能。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

主要材料：海藻酸鈉(SA，食品級)，江蘇裕坤生物科技有限公司；高碘酸鈉(CP)，上?？低鼗び邢薰?；聚氧化乙烯(PEO，AR)，山東豪耀新材料有限公司；二甲基甲酰胺(DMF，AR)，山東億偉安化工科技有限公司；己二酸二酰肼(ADH，AR)，濟南鑫諾化工有限公司；溴化鉀(AR)，山東豪順化工有限公司。

主要設(shè)備：THZ-D恒溫搖床，金壇區(qū)成輝儀器廠；ISPLab04注射泵(度科工業(yè)科技(上海)有限公司)；TG-18W高速離心機，濟南歐萊博技術(shù)有限公司；PL1502E電子天平，北京澎昆博遠科貿(mào)發(fā)展有限責(zé)任公司；MYP11-2磁力攪拌器，鄭州科偉儀器設(shè)備有限公司；FTIR-650S傅里葉紅外光譜儀，中科瑞捷(天津)科技有限公司；，GNP-9270恒溫培養(yǎng)箱，上海篤特科學(xué)儀器有限公司。

1.2 試驗方法

靜電紡海藻酸鹽納米纖維膜的制備

(1)分別配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的海藻酸鈉水溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%高碘酸鈉水溶液，將兩者混合均勻，在避光條件下用MYP11-2磁力攪拌器連續(xù)攪拌16 h，此時高碘酸鈉與海藻酸鈉中半乳糖醛酸的摩爾比為10∶100、20∶100、30∶100、40∶100，分別記為OSA11、OSA20、OSA30、OSA41；

(2)反應(yīng)結(jié)束后，將溶液置于透析袋中，用大量去離子水中進行透析；然后進行凍干，得到氧化后的海藻酸鈉(OSA)固體；

(3)將OSA配制成一定濃度的水溶液后和PEO高分子按照質(zhì)量比80∶20進行混合，然后在混合物中加入一定量Tri、DMF、去離子水。此時Tri、DMF質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.0%、5.0%；OSA11、OSA20、OSA30和OSA41的最終質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為7%、10%、12%和14%；

(4)在MYP11-2磁力攪拌器作用下攪拌24 h，然后在室溫條件下靜置12 h，得到無氣泡均勻靜電紡絲熔液；

(5)在5 mL、帶有8號不銹鋼針頭的注射器中放入靜電紡絲液，靜電紡絲參數(shù)如表1所示；得到靜電紡海藻酸鹽納米纖維膜。

表1 靜電紡海藻酸鹽納米纖維膜紡絲參數(shù)Tab.1 Spinning parameters of alginate nanofiber membrane

己二酸二酰肼交聯(lián)氧化海藻酸鈉纖維膜

(1)提前將乙醇和水溶液按照體積比80∶20混合，然后得到加入一定質(zhì)量的己二酸二酰肼，將其配置成濃度為50 mmol/L的溶液；

(2)將制備好的靜電紡海藻酸鹽納米纖維膜完全浸泡在己二酸二酰肼溶液中，并置于THZ-D型恒溫搖床，在70 r/min轉(zhuǎn)速下交聯(lián)反應(yīng)8 h;

(3)用去離子水清洗纖維8次，10 min/次；然后分別用乙醇、三氯甲烷干燥30 min，得到乙二酸二酰肼交聯(lián)氧化海藻酸鈉纖維膜。

1.3 性能測試

紅外光譜測試

(1)分別稱取乙二酸二酰肼交聯(lián)氧化海藻酸鈉纖維膜和溴化鉀4、400 mg，混合后用研缽將樣品研磨成粉末，并用10 MPa的壓力壓制成片；

(2)用紅外燈照射除掉壓片的水分，用傅里葉紅外光譜儀掃描，掃描分辨率為0.4 dpi，波長為4 000～400 cm。

吸液性能的測定

(1)將樣品完全浸泡在人體體液模擬溶液中，然后置于GNP-9270型恒溫培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度、時間分別為37 ℃和30 min；

(2)培養(yǎng)結(jié)束后，用鑷子將纖維一個角夾住，然后將纖維懸掛， 懸掛時間為30 s；對纖維進行稱重；

(3)將懸掛后的纖維置于TG-18W型高速離心機中進行離心，離心轉(zhuǎn)速和時間分別為1 200 r/min、5 min，然后再次進行稱重。

每1 g纖維膜對液體吸收的總質(zhì)量()：

(1)

式中：為樣品吸水前質(zhì)量；為樣品吸水懸掛后質(zhì)量。

每1 g纖維內(nèi)吸收液體質(zhì)量()：

(2)

式中：表示離心后纖維質(zhì)量。

透氣性能測定

參照ASTM E96/E96M -10標(biāo)準(zhǔn)測定纖維透氣性。具體步驟：

(1)在容積為50 mL的離心管中放入20 mL濃度為142 mmol/L的氯化鈉和濃度為2.5 mmol/L的氯化鈣組成的模擬傷口滲出液；

(2)將樣品纖維膜完全覆蓋在離心管中將其密封，用PL1502E型電子天平精準(zhǔn)稱量其質(zhì)量；

(3)將離心管放入恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)24 h，培養(yǎng)溫度為37 ℃；取出離心管后再次稱重。通過樣品纖維水蒸氣透過速率反應(yīng)纖維透氣性能。

樣品纖維對水蒸氣透過速率()：

(3)

式中：為培養(yǎng)前離心管質(zhì)量；為培養(yǎng)后離心管質(zhì)量；為離心管敞口面積。

降解性能測定

(1)稱取纖維樣品8 mg，將其緩慢置于10 mLSBF溶液中。然后，在溶液中加入100 L疊氮化鈉對細菌進行抑制；

(2)將其置于恒溫培養(yǎng)箱，在溫度37 ℃條件下分別培養(yǎng)3 、7 、10、14和21 d；

(3)在不同時間點取出纖維樣品，并用去離子水清洗3次，10 min/次；然后用乙醇/三氯甲烷脫水干燥，對干燥后的纖維進行稱重。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜測試結(jié)果

圖1為乙二酸二酰肼交聯(lián)氧化海藻酸鈉纖維膜紅外光譜圖。

圖1 FTIR光譜圖Fig. 1 FTIR spectrum

2.2 吸液性能測試結(jié)果

圖2為海藻酸鈉纖維膜對模擬人體體液吸收情況，Kaltostat 和 Algisite M為目前使用最為廣泛的海藻酸鹽敷料。

圖2 海藻酸鹽纖維對體液模擬液吸水情況Fig. 2 Water absorption of alginate fiber to simulated body fluid

由圖2可知，OSA-ADH吸水性隨氧化度的增加表現(xiàn)出下降趨勢。OSA11-ADH吸水能力最強，對液體的總吸收量可達自身質(zhì)量的49.8倍；OSA41-ADH吸水能力相對最弱，吸水量只達自身質(zhì)量的19.1倍。而Kaltostat 和 Algisite M對液體總吸水率分別為26.9倍和18.7倍。

纖維內(nèi)吸水性反應(yīng)了纖維化學(xué)基團的親水能力。圖2顯示，OSA-ADH纖維親水性隨氧化度的升高有所降低，在其氧化度由10%增至40%時，納米纖維吸收率由9.2 g/g降至4.1 g/g。這可能是因為氧化度的增加導(dǎo)致了交聯(lián)度的增加，所以單根纖維變?yōu)楦鼮槊軐?，使水分子難以侵入纖維，纖維吸水能力降低。除此之外，在反應(yīng)時，海藻酸鈉親水臨位羥基受到高碘酸破壞；在交聯(lián)時，引入疏水亞甲基，進而影響了纖維的親水性。

2.3 透氣性能測試結(jié)果

圖3為纖維對水蒸氣的透過速率。

圖3 纖維對水蒸氣的透過速率Fig. 3 Water vapor transmission rate of fiber

由圖3可知，隨OSA-ADH氧化程度的增加，纖維膜透氣性逐漸降低，從0.22 g/(cm·24 h)逐漸降低為0.18 g/(cm·24 h).相關(guān)文獻表明，正常皮膚透氣速率為0.02 g/(cm·24 h)，肉眼創(chuàng)面透氣創(chuàng)面透氣速率為0.51 g/(cm·24 h)；結(jié)合細胞遷移和再上皮化，因此醫(yī)用敷料建議水蒸氣透過率為0.2-0.25 g/(cm·24 h)。而OSA-ADH敷料除氧化度為30%的不滿足要求，其他皆符合這個標(biāo)準(zhǔn)。而Kaltostat 和 Algisite M 透氣速率分別為0.31 g/(cm·24 h)和0.29 g/(cm·24 h)，未達最佳標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 降解性能測試結(jié)果

圖4為海藻酸鹽納米纖維降解曲線。

圖4 海藻酸鹽納米纖維降解曲線Fig. 4 Degradation curve of alginate nanofibers

由圖4可知，隨氧化程度的增加，纖維降解的速度隨之變慢，但均可完全被降解。 這是因為隨著氧化程度的增加，纖維交聯(lián)密度相對增加，造成水解速率變慢。而OSA-ADH降解機理為腙健的水解作用，ADH交聯(lián)的甘露糖醛酸可在水介質(zhì)中發(fā)生降解。同時，β-消除反應(yīng)促進了分子主體的斷裂，因此OSA-ADH作為傷口敷料時，易被鹽水取出，有效避免干擾肉芽組織的形成。

3 結(jié)語

本文通過靜電紡絲技術(shù)制備海藻酸鈉納米纖維膜，并與己二酸二酰肼進行交聯(lián)，制備綜合性能更好的醫(yī)用敷料，并得到以下結(jié)論：

(2)纖維吸液性能結(jié)果表明， OSA-ADH氧化度越高，吸液能力越低；其中OSA11-ADH吸水能力最強，對液體的總吸收量可達自身質(zhì)量的49.8倍； 纖維間吸水質(zhì)量為9.2 g/g；

(3)纖維透氣性能測試結(jié)果表明，交聯(lián)后的海藻酸鈉納米纖維對水蒸氣的透氣速率為0.18～0.22 g/(cm·24 h)，滿足醫(yī)用敷料建議水蒸氣透過率為0.2～0.25 g/(cm·24 h)的要求；

(4)纖維降解性能測試結(jié)果表明，OSA-ADH纖維皆能完全被降解，雖然降解時間有所差異，但降解后并不會出現(xiàn)殘留物。

綜上所述，本文用靜電紡絲技術(shù)制備的己二酸二酰肼交聯(lián)海藻酸鈉納米纖維膜吸液性能和透氣性能良好。且能完全被降解，不會出現(xiàn)殘留物，能有效避免傷口發(fā)炎現(xiàn)象。