殼聚糖/ACF的制備及抗菌性能研究

熊亮 韋加娜 陳錦濤

摘要：以ACF為載體，將聚乙二醇（PEG400）改性的殼聚糖膜負載于其表面，制得了殼聚糖/ACF復合材料。研究結果表明，當柔性改性的PEG400質量分數為20%時，改性的殼聚糖膜的柔性特征最佳，并且ACF在負載該膜后其表面微孔結構并未發生很大的改變，抑菌結果測試表明，該復合材料對白色念珠菌的抑菌率可達100%。

關鍵詞：活性炭纖維；殼聚糖；敷料；吸附性；抑菌性

活性炭纖維（activated carbon fiber， ACF）是繼顆粒活性炭（GAC）以后在20世紀70年代逐漸發展起來的新型活性炭。ACF與以往的活性炭相比，比表面積大，含量豐富的微孔占總體積的90%左右，孔徑分布狹窄且均勻，微孔孔徑大多在1nm左右，沒有大孔和過渡孔，吸附、脫附速度快，對于痕量物質有很好的吸附能力，可塑性和再生性強。ACF表面有各種官能團，對于金屬離子、某些有機物及某些氣體有很好的選擇性吸附功能，是一種新型的高效吸附劑，在醫療衛生界有較好的應用前景，特別適用于對傷口的吸附和護理。然而，ACF本身不具備抗菌官能團，在護理傷口時非常容易使傷口感染。[12]

殼聚糖為（1，4）2乙酰氨基2脫氧βD葡萄糖，由甲殼素脫乙酰基而得，是一種極為豐富的天然再生資源，具有無毒、無副作用、生物相容性好、可生物降解、可殺菌等特點。殼聚糖具有優異的成膜性能，可制作超濾膜、滲透膜、氣體分離膜、固化酶膜、離子交換膜、醫學用膜等。目前殼聚糖膜已成為研究和開發的熱點，尤其是它作為天然的物質具有生物相容性好和抑菌能力強的特點，引起了醫學界的學者們越來越多的重視。但殼聚糖存在大量的羥基和氨基，易形成分子內或分子間的氫鍵，溶解性較差。此外，由于殼聚糖屬于剛性分子，純殼聚糖膜力學性能差，比較脆，限制了它在醫學界的使用范圍。[34]

本文針對ACF在作為傷口護理敷料的不足，以ACF為載體，研究負載柔性殼聚糖膜從而賦予其抑菌性能的制備工藝。

1 實驗部分

1.1 儀器及材料

（1）主要儀器：Phenom Pro X型掃描電鏡（復納科學儀器）；KK22F57TI電熱鼓風干燥箱（上海一恒）、DHP9602電熱恒溫培養箱（上海一恒）；SPH2102C新穎立式恒溫振蕩器（廣州廣一科學）；BXM30R立式壓力蒸汽滅菌器（上海博迅）；SWCJ1FDA單人凈化工作臺（蘇州凈化）。

（2）活性炭纖維（ATZ1300500），殼聚糖（脫乙酰度82%，國藥集團化學試劑有限公司），所用試劑均為分析純（特別標注的除外），采用純凈水配制各種濃度的溶液。

1.2 殼聚糖/ACF的制備[56]

（1）ACF的活化：以2%的NaHCO3為電解液，經清洗后的粘膠基活性炭纖維氈（ACF）為陽極，不銹鋼條棒為陰極，在40℃的電解溫度和2.0 mA/cm2的電流強度下電解90 s，使ACF發生陽級氧化。然后取出ACF，用清水沖洗干凈，并于110℃下干燥；

（2）殼聚糖的柔性改性：稱取1.5 g殼聚糖并加入1%的冰醋酸中配制成溶液A，稱取聚乙二醇（PEG400）加入1%的冰醋酸溶液中配成質量百分比為0%、10%、20%、30%、40%、50%的PEG400溶液B。量取10 mL溶液B加入到溶液A中并在200 r/min的機械攪拌下混合1.5 h，制備出聚乙二醇/殼聚糖共混溶液。

（3）膜的負載：取適量經陽極氧化的活性炭纖維氈于5g/L上述溶液中浸漬半小時，取出后離心甩干，然后經5%的NaOH浸泡30 min后，反復水洗并于75%酒精浸泡后，自然瀝干，最終于40℃的真空干燥箱中干燥即得。

1.3 抗菌性能評價

采用改良振蕩瓶法試驗測定活性碳纖維的滅菌性能。[7]所用菌種為白色念珠菌（Candida albicans），菌液濃度為105～107cfu/mL。首先在三角瓶中加入緩沖生理鹽水及載銀活性碳纖維，在0.1MPa蒸汽中滅菌20min，冷卻至室溫，用1mL移液腔吸取1mL菌液，移入上述三角瓶。為使試樣和細菌充分接觸，在37℃搖床振蕩一定時間。取0.1mL振蕩后溶液涂于營養瓊脂培養基上，經37℃、24h條件培養后，以稀釋平板法進行菌落計算，算出抑菌率。

2 結果與討論

2.1 表面形態分析

下圖為活性炭纖維在負載改性殼聚糖膜前后的SEM圖，其中圖1為未負載膜且未經陽極氧化的活性炭纖維的表面形貌，圖2為陽極氧化后且負載有經改性的殼聚糖膜的活性炭纖維表面形貌。

從圖中可以看出，活性炭纖維原始的表面形貌較為平坦，由絲狀纖維構成；經陽極氧化后，其表面變得稍顯粗糙，且其表面不同程度地負載有改性殼聚糖膜。這是因為，活性炭纖維經陽極氧化工藝，其表面結構得以成功改性，具有機械咬合作用，從而提高了炭纖維與改性殼聚糖的粘結強度。因此，當經陽極氧化改性的活性炭纖維浸漬于殼聚糖與PEG的粘性混合溶液中，殼聚糖膜能穩定的負載在活性炭纖維表面。

2.2 力學性能[8]

將所制得含不同聚乙二醇質量分數的復合膜裁剪成啞鈴型標準試樣，于室溫、相對濕度65%的環境中調濕48h以上至恒重。參照GB/T 104092《塑料拉伸性能試驗方法》，以電子萬能試驗機測試復合膜的拉伸強度和斷裂伸長率，拉伸速率50mm/min，每個試樣測5次，取平均值，測得的結果如圖3所示。

從圖中可以看出，在殼聚糖膜中引入少量的PEG能顯著提高復合膜的拉伸強度，并且當PEG溶液的質量分數為20%時，改性殼聚糖膜的力學性能最佳。由此可知，引入聚乙二醇能顯著改善殼聚糖硬而脆的力學性能。

2.3 吸附性能

準確稱取干燥ACF試樣0.5g，剪成小碎片，并置于干燥的100mL碘量瓶中，準確加入（1+9）鹽酸10.0mL，使試樣充分濕潤，并加熱至沸，微沸（30±2）s，冷卻至室溫后，加入50.0mL的0.1mol/L碘標準溶液。立即塞好瓶蓋，振蕩15min，迅速過濾到干燥燒杯。然后用移液管吸取10.0mL濾液，移入250mL碘量瓶，并加入100mL水，用0.1mol/L硫代硫酸鈉標準溶液進行滴定，當溶液變淡黃色時，加2mL淀粉指示液，繼續滴定至剛好無色，記錄下使用的硫代硫酸鈉體積，按標準公司計算碘吸附值，其結果如下圖所示。

從圖中可以看出，活性炭纖維在載膜后的碘吸附值與載膜前比較，其值降低得并不顯著。這表明活性炭纖維在負載改性殼聚糖膜后，其表面微孔結構并沒有受到嚴重的破壞，仍然保留著較好的吸附性能。

2.4 抑菌性能

將所制備得到的表面負載有改性殼聚糖膜的活性炭纖維采用上述的振蕩法進行抑菌性能的測試，其結果如下圖所示。

從圖中可以清晰地看出，空白試樣的白色念珠菌經18h后，其繁殖較快，表明該菌種能理學繁衍生殖。而從含改性殼聚糖膜的活性炭纖維的試樣經0接觸和18h接觸對比可以明顯看出，白色念珠菌的生長繁殖得到很大的抑制。根據公式計算，其抑菌率達100%，表明所制備得到的含改性殼聚糖膜的活性炭纖維的抑菌性能十分優異。

3 結論

本方通過對活性炭纖維（ACF）表面結構的修飾改進，并將經聚乙二醇（PEG400）柔性改性的殼聚糖膜負載于ACF表面，其結果表明，該活性炭纖維具有一定的抑菌性能，克服了ACF作為傷口敷料易使傷口感染的不足。與此同時，載膜后的ACF，其表面微孔結構并未發生很大的改變，仍然具有較強的吸附性能；另一方面，由于負載于ACF表面的膜具有較好的柔性，用作傷口敷料時能增強患者使用的舒適性，從而為其進一步的產業化應用提供了更多的可能。

參考文獻：

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[8]韓軍凱.ZnO/Ag納米復合抗菌劑在醫用塑料和船舶防污漆中的應用研究[D].青島科技大學，2011.