“三明治”結構聚乙烯醇/殼聚糖/海藻酸鈉納米纖維醫用敷料

陳桂釗，蔡 潔，于 暉

（廣東省高校功能性紡織品工程技術研究中心；五邑大學紡織服裝學院,廣東 江門529020）

“三明治”結構聚乙烯醇/殼聚糖/海藻酸鈉納米纖維醫用敷料

陳桂釗，蔡 潔，于 暉

（廣東省高校功能性紡織品工程技術研究中心；五邑大學紡織服裝學院,廣東 江門529020）

選用聚乙烯醇 （PVA）、殼聚糖 （CS）、海藻酸鈉 （SA）為原料，通過靜電紡絲和交聯處理組合工藝制備 “三明治”結構PVA/CS/SA靜電紡納米纖維膜。利用掃描電子顯微鏡 （SEM）表征PVA/CS/ SA靜電紡納米纖維膜形貌結構，綜合評價醫用敷料溶脹率和失重率，考察其在傷口愈合領域的應用性能。其中，PVA/CS靜電紡納米纖維膜纖維平均直徑為 （488±201)nm，PVA/SA靜電紡納米纖維膜纖維平均直徑為 （534±265）nm，所制備的 “三明治”結構PVA/CS/SA靜電紡納米纖維膜平均溶脹率為296.5%，平均失重率為74.3%。

靜電紡絲；納米纖維；醫用敷料；殼聚糖；海藻酸鈉

隨著世界人口老齡化速度加快，與老年人密切相關的褥瘡、潰瘍等慢性傷口護理問題已日益嚴重，對傷口敷料性能的要求也越來越高，傳統的紗布、棉巾等醫用敷料存在保濕性能差、易外源性感染、需多次更換等問題，無法滿足慢性傷口護理需求[1]。因此，研究開發高性能醫用敷料具有重要的應用意義。

目前，新型醫用敷料可分為薄膜類敷料、液體類敷料、水膠體敷料、水凝膠敷料、藻酸鹽類敷料和泡沫類敷料，其共同特點是可提供濕潤的傷口愈合環境，吸收組織滲液，防止傷口感染等[2-4]。其中，靜電紡絲制備的納米纖維因具有長徑比大、比表面積高、延展性好和組成成分可控等特點，被廣泛應用于生物醫用敷料領域[5]。

殼聚糖 （CS）是一種天然可降解多糖，對人體及組織無毒無害，具有理想的生物相容性、生物降解性及抗菌、防腐、止血和促進傷口愈合等特殊功能，廣泛用于醫藥、食品、功能材料、化妝品、農業、環保等領域[6-7]。但是，在靜電紡高壓作用下，殼聚糖聚合物內部離子基團的排斥力增加，聚合物難以從針頭處噴射出來，且因其大的黏度容易堵塞針頭，限制了純殼聚糖的靜電紡絲[8]。海藻酸鈉 （SA）具有無毒、無抗原性，與細胞生物相容性好等特點，擁有抑菌性、高透氧性、高吸濕性、凝膠阻塞性和良好的止血功能，但海藻酸鈉同樣存在靜電紡絲效果不佳的情況[9]。聚乙烯醇 (PVA)是由聚醋酸乙烯酯水解而成的一種水溶性聚合物，具有良好的化學穩定性、環境友好性、生物相容性及可降解性，同時具有很好的成膜性和成纖性，在靜電紡絲領域有廣泛的應用[10]。

本實驗以聚乙烯醇 （PVA）、殼聚糖 （CS）、海藻酸鈉 （SA）三種材料為原料，將聚乙烯醇（PVA）分別與殼聚糖 （CS）和海藻酸鈉 （SA）進行混紡，改善二者的靜電紡絲性能。通過靜電紡絲和交聯處理組合工藝制備 “三明治”結構PVA/CS/SA靜電紡納米纖維膜，開發具有保濕、止血、抑菌等多功能新型醫用敷料。

1 實驗

1.1 材料與設備

1.1.1 實驗材料

聚乙烯醇1788（PVA），醇解度87.0%～89.0%（阿拉丁化學試劑有限公司）；殼聚糖 （CS），Mw=50 000（上海至鑫化工有限公司）；海藻酸鈉 （SA），含量 ≥99.5% （天津市福晨有限公司）；乙酸，AR（臺山市粵僑試劑塑料有限公司）；戊二醛，AR（天津市大茂化學試劑廠）；無水氯化鈣，AR（臺山市粵僑試劑塑料有限公司）；無水乙醇，AR（天津市永大化學試劑有限公司）。

1.1.2 實驗儀器設備

T×R1020P30-50高壓靜電發生器 （大連泰思曼有限公司）；LSP02-1B注射泵 （廣州市科橋實驗技術設備有限公司）；注射器 （10 mL，上海雙鴿實業有限公司），七號注射針頭；DHG -9070A電熱恒溫鼓干燥箱 （寧波江南儀器廠）；PL200型電子天平 （梅特勒 -托利多儀器上海有限公司）；85.2型恒溫磁力攪拌器 （金壇市國旺實驗儀器廠）。

1.2 紡絲液的制備

1.2.1 配制PVA/CS紡絲液

準確稱量3.6 g 20 wt%聚乙烯醇溶液和6.0 g 3 wt%殼聚糖溶液，加入0.4 g蒸餾水，將溶液混合均勻制成9 wt%PVA/CS混合紡絲液。

1.2.2 配制PVA/SA紡絲液

準確量取6 mL 10 wt%聚乙烯醇溶液和4 mL 3 wt%海藻酸鈉溶液，將二者均勻混合，靜置消泡，制得7.2 wt%PVA/SA混合紡絲液。

1.3 PVA/CS/SA納米纖維膜制備

將5 mL 9 wt%PVA/CS紡絲溶液注入10 mL注射器內，采用七號注射針頭作為噴射針頭，環境溫度為 （25±3）℃，濕度為 （50±5)%，紡絲電壓為16 kV，紡絲速度為0.8 mL/h，接收距離為12 cm的條件下進行紡絲，滾筒收集PVA/CS納米纖維膜；待紡絲完畢后，置換5 mL 7.2 wt%PVA/SA紡絲溶液，保持其他參數不變，紡絲速度改為0.4 mL/h，繼續收集PVA/SA納米纖維膜；紡絲完畢后置換5 mL 9 wt%PVA/ CS紡絲溶液，保持其他參數不變，紡絲速度為0.8 mL/h，繼續收集PVA/CS納米纖維膜。三層纖維膜疊加后構成具有 “三明治”結構PVA/CS/ SA納米纖維膜，結構如圖1所示，兩端外層為具有抑菌功能的PVA/CS納米纖維膜，內層為具有吸濕保濕性能的PVA/SA納米纖維層。

圖1 “三明治”結構PVA/CS/SA納米纖維膜示意圖

1.4 掃描電鏡 （SEM）

使用日立S-4800型掃描電子顯微鏡（SEM）觀察纖維的微觀形態。所得SEM圖像采用分析軟件Image-Pro Plus測量纖維直徑，任取100根纖維計算其纖維平均直徑。

1.5 PVA/CS/SA納米纖維膜交聯處理

將制得的PVA/CS/SA納米纖維膜裁剪成尺寸為5 cm×5 cm的樣品，在空氣干燥器底部放置一表面皿，加入50%戊二醛溶液，將空氣干燥器放進烘箱37℃預熱30 min。取出空氣干燥器，在表面皿上方放置一網架，將PVA/CS/SA納米纖維膜樣品置于網架上密封。將空氣干燥器置于烘箱中，37℃恒溫汽蒸24 h。汽蒸完畢后，將樣品置于真空烘箱內真空干燥。干燥后樣品置于15 mL 3%氯化鈣無水乙醇溶液，浸泡1.5 h。交聯后纖維用無水乙醇洗滌3次，真空烘箱內真空干燥24 h待用，實驗重復五次。

1.6 溶脹率與失重率

稱量干燥后PVA/CS/SA納米纖維膜重量，記錄為W0；將PVA/CS/SA納米纖維膜置于20 mL蒸餾水溶液中，37℃條件下吸液24 h，用鑷子取出纖維膜，用濾紙從樣品下方吸除樣品表面水分，稱重記錄為Wt。溶脹率Q1計算公式：

將浸泡蒸餾水后樣品置于真空烘箱中，真空干燥24 h，稱重記錄為Wd。失重率Q2計算公式：

2 結果與討論

2.1 材料物理特征

采用掃描電鏡分別觀察PVA/CS和PVA/SA納米纖維膜形貌，如圖2所示。

圖2 納米纖維形貌結構圖

從圖2可以觀察到，靜電紡絲制成的PVA/ CS和PVA/SA納米纖維膜纖維粗細程度較均勻，纖維表面光潔，無珠串結構，通過Image-ProPlus圖像分析得到，PVA/CS和PVA/SA納米纖維的平均直徑分別為 （488±201）nm和 （534±265）nm。

2.2 溶脹率與失重率

通過公式 （1）和 （2）分別計算材料溶脹率和失重率，實驗結果如表1所示。

表1 紡絲纖維膜交聯后的溶脹率與失重率

由表1數據可以發現，交聯PVA/CS/SA納米纖維膜經過蒸餾水浸泡24 h處理后，纖維膜平均溶脹率為296.5%，表明PVA/CS/SA納米纖維膜能夠有效控制傷口組織滲出液，有利于傷口愈合。平均失重率為74.3%，表明纖維膜交聯不徹底，納米纖維膜中聚乙烯醇大分子鏈上的羥基和殼聚糖大分子鏈上的羥基沒有與戊二醛充分反應，纖維膜部分溶解在蒸餾水中。

3 結論

本實驗選取聚乙烯醇 （PVA）、殼聚糖（CS）、海藻酸鈉 （SA）為原料，通過靜電紡絲和交聯處理組合工藝制備 “三明治”結構PVA/ CS/SA靜電紡納米纖維膜。經交聯處理后纖維膜平均溶脹率為296.5%，平均失重率為74.3%。

[1] 程玲，高勇，周靜，等.醫用敷料的分類及特點[J].中國醫療設備，2011，26（5）：99-101.

[2] 李晶，薛斌.新型醫用敷料的分類及特點 [J].中國組織工程研究，2013，17（12）:2225-2232.

[3] 柯林楠，馮曉明，王春仁.醫用敷料研究的現狀與進展 [J].中國組織工程研究與臨床康復，2010，14（3）:521-524.

[4] 趙琳，宋建星.創面敷料的研究現狀與進展 [J].中國組織工程研究與臨床康復,2007,11（9）: 1724-1726，1737.

[5] 江創生，陳向標.靜電紡絲制備生物醫用敷料研究進展 [J].合成纖維工業，2012，35（3）:44 -46，51.

[6] 孫佳麗，蔣國強，丁富新．殼聚糖-mPEG溫敏水凝膠載藥系統的制備及釋藥行為 [J].清華大學學報 （自然科學版），2010，50（6）：909-912.

[7] 王小英，劉博，湯玉峰，等．累托石／聚合物納米復合材料的新進展 [J].無機材料學報，2012，27（2）:113-121.

[8] 王丹，單小紅，郜建銳.殼聚糖靜電紡納米纖維的研究進展 [J].紡織導報，2015（1）:48-51.

[9] 馮燕，孫潤軍，劉呈坤.海藻酸鈉/聚乙烯醇/銀復合纖維的靜電紡絲 [J].合成纖維，2011，40（12）:13-17.

[10]胡盛，朱偉，周紅艷，等.聚乙烯醇-海藻酸鈉-殼聚糖共混膜的制備與性能 [J].化工新型材料，2014，42（10）：38-44.

“SANDWICH”TYPE PVA/CS/SA NANOFIBROUS MEDICAL DRESSINGS

CHEN Gui-zhao,CAI Jie,YU Hui*
(The Engineering Technology Research Center for Functional Textiles in Higher Education of Guangdong Province,College of Textiles&Clothing,Wuyi University,Jiangmen Guangdong 529020,China)

“Sandwich”type PVA/CS/SA nanofibrous membrane was prepared via a combination technology including electro-spinning and cross-linking treatment,using polyvinyl alcohol,chitosan and sodium alginate as raw materials.The morphology characteristic of nanofibrous membrane was explored through field emission scanning electron microscope(FE-SEM),and the hygroscopicity properties such as water absorption and weight-loss ratio were evaluated to study the application performance of nanofibrous membrane.The results showed that the average diameter of PVA/CS nanofibrous membrane was(488±201) nm,and PVA/SA nanofibrous membrane was(534±265)nm.The average swelling ratio and weight-loss ratio of PVA/CS/SA nanofibrous membrane were 296.5%and 74.3%,respectively.

electro-spinning,nanofiber,medical dressing,chitosan,sodium alginate

TP212.3;TS154.7

A

10.3969／j.issn.1672-500x.2016.04.003

1672-500X(2016)04-0014-04

2016-12-01

陳桂釗 （1996-），男，廣東汕頭人，紡織工程專業在讀本科生。

于暉 （1979-），男，遼寧丹東人，副教授，主要從事醫用紡織品研究。