醫(yī)用敷料用柔性金屬電極的制備及其細胞毒性分析

韓佳蕊， 黃珍珍， 王佳珺， 殷 淏， 高 晶， 勞繼紅， 王 璐

(東華大學 紡織學院， 上海 201620)

皮膚創(chuàng)傷愈合是一個十分復雜的過程，歷經(jīng)炎癥期、增殖期和重塑期，傷口部位的細胞逐漸遷移，血管及蛋白網(wǎng)絡重組直至愈合重塑。在這一過程中，多種物質(zhì)和反應參與并促進了皮膚受損部位的修復和重建，其中，受損皮膚周圍的內(nèi)源性創(chuàng)面電場[1]也發(fā)揮了引導細胞遷移，提高細胞內(nèi)線粒體的膜電位，加速創(chuàng)面愈合的作用，因此，在受損傷口周圍提供可控的外加電場，模仿內(nèi)源性電場對細胞進行電刺激，是功能性敷料加速細胞遷移，促進傷口愈合的又一研究方向。

生物電敷料是指在傷口修復過程中能夠自發(fā)地放電，產(chǎn)生電場并引導細胞在電場中進行遷移、分裂的新型功能性敷料[2]。在化學電池中，常以鋅、銀作為電池的兩極來研究原電池的性能特點。鋅被廣泛地應用于原電池的制備，而且鋅同時對微生物、植物和動物在內(nèi)的所有類型生命的生長、發(fā)育和分化至關重要[3]。Banerjee等[4]將銀、鋅生物電敷料作用于角質(zhì)形成細胞，在敷料作用24 h后角質(zhì)形成細胞產(chǎn)生了明顯的遷移。同時，銀和鋅具有廣譜抗菌性，銀能夠破壞細菌的結構，鋅可以破壞空腸彎曲桿菌的細胞膜并且產(chǎn)生氧化應激反應。Kim等[5]在研究生物電敷料對各種傷口病原體的體外抗菌功效中發(fā)現(xiàn)，生物電敷料在體外殺滅傷口病原體，包括對抗廣譜β-內(nèi)酰胺酶(ESBL)細菌、多重耐藥(MDR)細菌和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)效果明顯。其中，萬古霉素敏感或者耐藥腸球菌對該敷料的耐受高達48 h。Banerjee等[6]將生物電敷料作用于銅綠假單胞菌發(fā)現(xiàn)，生物電敷料能夠?qū)⒎肿友踹€原成超陰離子自由基的活性氧化還原對。生物電敷料產(chǎn)生超氧化物，使Mex外排泵系統(tǒng)失活，并且生物電敷料抑制甘油-3-磷酸脫氫酶的活性，從而破壞銅綠假單胞菌細菌生物膜的生物活性。

目前，對于生物電敷料的研究主要是通過靜電紡絲過程中的極化作用制備β晶型聚偏氟乙烯(PVDF)納米纖維膜[7]，利用其產(chǎn)生的壓電效應制備微電流敷料，但PVDF材料吸濕性差、壓電常數(shù)高且不具備抗菌性，在實際應用中容易受到傷口周圍環(huán)境的限制。國內(nèi)對于敷料用柔性金屬電極的研究較少，尚在探索中。

本文以滌綸非織造布為基布，利用絲網(wǎng)印刷技術在基布表面涂覆鋅、銀微納米顆粒，制備柔性金屬電極醫(yī)用敷料。首先，對金屬鋅和銀顆粒進行分散，研究了不同分散劑及其質(zhì)量分數(shù)對金屬顆粒分散性能的影響，并討論了黏合劑的種類和質(zhì)量分數(shù)對金屬電極性能的影響。最后，利用絲網(wǎng)印刷技術在滌綸非織造布表面制備了鋅、銀柔性電極對，對制備得到的柔性金屬電極的細胞毒性進行了評價與分析，為后續(xù)利用柔性電極開發(fā)生物電敷料提供了基礎實驗依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

吐溫-80(Tween-80)、聚乙二醇(PEG)、氯化鈉(NaCl)、海藻酸鈉(SA)、草酸鉀(K2C2O4·H2O)，均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司；羧甲基纖維素鈉(CMC)、細胞培養(yǎng)板，西格瑪奧德里奇(上海)貿(mào)易有限公司；胰酶(Trypsin-EDTA，0.25%，Gibco)、胎牛血清(FBS，Gibco)、青霉素-鏈霉素(Gibco)，美國賽默飛世爾科技公司；氯化鈣(CaCl2)、二甲基亞砜，分析純，上海凌峰化學試劑有限公司；聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，薩恩化學技術上海有限公司；無水乙醇(C2H5OH)，分析純，常熟市鴻盛精細化工有限公司；水性丙烯酸乳液(AAE)，深圳吉田化工有限公司；鋅粉(Zn，99.8%, 3～5 μm)，湖南新威凌金屬新材料科技股份有限公司；銀粉(Ag，99.9%, 100 nm)，上海卜微應用技術有限公司；絲網(wǎng)印刷板(0.147 mm)，寧波市鎮(zhèn)海區(qū)駱駝艾嘉絲印器材公司；DMEM/High Glucose培養(yǎng)基(L929，HyClone)，通用電氣(中國)醫(yī)療集團生命科學部；CCK-8試劑(500T)，上海翊圣生物科技有限公司；L929小鼠肺成纖維細胞，購自中科院細胞庫。

實驗所采用滌綸非織造布(48 g/m2)由合肥格蘭帝衛(wèi)生材料有限公司提供。

1.2 實驗方法

1.2.1 鋅電極的制備

鋅粉的分散：分別取一定量的CMC、PEG和Tween-80溶解于40 mL的去離子水中，得到質(zhì)量分數(shù)為1%的CMC、PEG和Tween-80分散濟溶液。再配制質(zhì)量分數(shù)分別0.5%、1.0%、1.5%和2.0%的CMC分散液進行進一步實驗。分別取10 mL的不同種類分散劑溶液向里面加入1 g鋅粉，攪拌1 h。

鋅油墨的配制：稱取0.5 g的CMC于燒杯中，加入50 mL的去離子水攪拌，作為油墨配制分散液備用。取一定量的分散液，邊攪拌邊加入適量鋅粉，攪拌1 h后，加入適量黏合劑(AAE)繼續(xù)攪拌2 h，再加入適量SA，攪拌2 h后得到鋅油墨。表1示出鋅電極印刷油墨配比。其中，鋅電極A、B、C、D分別對應AAE質(zhì)量分數(shù)為5%、10%、15%和20%，E為空白樣。

表1 鋅電極印刷油墨的配比Tab.1 Printing ink ratio of zinc electrode

鋅電極的制備：通過絲網(wǎng)印刷將鋅油墨印刷到經(jīng)無水乙醇清洗的滌綸基布(5 cm×5 cm)上，然后將含鋅基布放置在真空干燥箱內(nèi)，100 ℃條件下烘干1.5 h。

1.2.2 銀電極的制備

銀粉的分散：分別取一定量的Tween-80、CMC、PVP和PEG溶解于40 mL去離子水中，得到質(zhì)量分數(shù)為1%的Tween-80、CMC、PVP和PEG分散液，磁力攪拌至溶質(zhì)溶解后，邊攪拌邊加入0.01 g的納米銀粉。將得到的納米銀分散體系先磁力攪拌10 min后，再超聲分散30 min，待進一步實驗。

分別配制質(zhì)量分數(shù)為0.5%、1.0%、1.5%和2.0%的Tween-80水溶液40 mL，每10 mL分散劑溶液中加入0.01 g的納米銀粉。將得到的納米銀分散體系先磁力攪拌10 min后，再超聲分散30 min，待進一步實驗。

銀油墨的配制：取0.25 g的Tween-80于燒杯中，加入50 mL的去離子水后，磁力攪拌至溶質(zhì)完全溶解。取適量的分散液，邊攪拌邊加入適量的銀粉，磁力攪拌1 h后超聲0.5 h。待銀粉分散完全后，再加入適量的黏合劑(AAE)，磁力攪拌2 h后加入適量的SA，再磁力攪拌2 h后得到銀油墨。表2示出銀電極印刷油墨配比。其中，銀電極A′、B′、C′、D′分別對應AAE質(zhì)量分數(shù)為5%、10%、15%和20%。

表2 銀電極的印刷油墨配比Tab.2 Printing ink ratio of silver electrode

銀電極的制備：通過絲網(wǎng)印刷將銀油墨印刷到經(jīng)無水乙醇清洗的滌綸基布(5 cm×5 cm)上，然后將基布放置在80 ℃的烘箱內(nèi)烘干0.5 h。

1.2.3 鋅與銀柔性電極對的制備

通過絲網(wǎng)印刷將鋅油墨經(jīng)條紋狀網(wǎng)板印刷到經(jīng)無水乙醇清洗的滌綸基布(16 cm×16 cm)上，然后將含鋅基布放置在真空干燥箱內(nèi)，100 ℃條件下烘干1.5 h。待含鋅織物烘干后，取銀油墨滴加到指定的網(wǎng)板上，然后將基布放置在80 ℃的烘箱內(nèi)烘干0.5 h后，得到條紋狀金屬圖案的基布樣品，條紋狀設計為銀鋅條紋間隔分布，銀條紋寬度為4 mm，鋅條紋寬度為2 mm，條紋間隔為4 mm。表3示出鋅、銀柔性電極對的印刷油墨配比。其中，鋅電極所使用的分散液為1%的CMC溶液；銀電極所使用的分散液為0.5%的Tween-80溶液。基布Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分別對應金屬質(zhì)量分數(shù)為0.5%、0.75%、1.0%、3%和5%。

表3 鋅與銀柔性電極對的印刷油墨配比Tab.3 Printing ink ratio of zinc and silver flexible electrode pairs

1.3 性能測試與表征

1.3.1 分散液性能測試

分散液的黏度測定采用DV-Ⅱ+Pro旋轉(zhuǎn)黏度計(美國BROOKFIELD公司)，在保持扭矩為50%左右的條件下，每隔30 s記錄1次數(shù)據(jù)，共記錄3次。

鋅分散液穩(wěn)定性用一定時間內(nèi)鋅在溶液中的沉降高度(H)來表征；銀分散液穩(wěn)定性用吸光度來表征。采用TU-1 901雙束紫外分光光度計(上海普析通用儀器有限責任公司)對銀分散液的吸光度進行測試，測試前先將儀器預熱30 min，然后將納米銀分散液稀釋1倍后測試，每種分散液測試3次。

1.3.2 電壓測試

將鋅電極基布裁剪成0.5 cm × 0.5 cm的小塊，將碳片、銀片、鋅片分別裁剪成2 cm × 0.5 cm若干放置備用。在碳片上加入1～2滴石墨導電膠后，用鑷子將小塊鋅電極放置在導電膠上，待膠水完全浸潤鋅電極后，用鑷子將鋅電極壓平，放置4 h，使膠水完全干燥，用作工作電極；對電極選擇純鋅片。將碳片復合鋅電極夾在石墨電極上，對電極夾在鉑電極上，電解液選擇0.9%的氯化鈉溶液。石墨電極連接萬用表的負極，鉑電極連接萬用表的正極，記錄1 h內(nèi)電極在電解液里電壓的變化情況。

使用同樣的方法將銀電極粘貼到碳片上，用作工作電極，對電極選擇碳片。將碳片復合銀電極夾在鉑電極上，將純碳片夾在石墨電極上，電解液選擇0.9%的氯化鈉溶液。鉑電極連接萬用表的負極，純碳片連接萬用表的正極，記錄1 h內(nèi)電極在電解液里的電壓變化情況。

1.3.3 體外細胞毒性測試

通過測試敷料浸提液對細胞增殖的抑制作用，反映敷料的體外細胞毒性。

1)配制細胞完全培養(yǎng)基。每100 mL的L929培養(yǎng)基包含89 mL的DMEM/High Glucose培養(yǎng)基、10 mL胎牛血清、1 mL青霉素-鏈霉素雙抗溶液，4 ℃條件下貯藏。

2)制備浸提液。將柔性電極對滌綸樣品裁剪好后用消毒的磷酸緩沖鹽溶液(PBS)洗滌3次，每次15 min。將樣品干燥后用酒精熏蒸48 h滅菌，在37 ℃、5%的CO2培養(yǎng)環(huán)境下，將樣品放置在完全培養(yǎng)基中浸提24 h，得到樣品的浸提液。同時對浸提液進行2倍和3倍的稀釋。設置陽性對照和空白對照分別為10%的二甲基亞砜(DMSO)溶液及100%的細胞完全培養(yǎng)基溶液。每種試樣準備3個平行樣。

3)細胞相對增殖率的測定。細胞接種之前，取4 mL預熱的無菌PBS清洗細胞后，加入1 mL的胰酶于T25細胞培養(yǎng)瓶中對細胞進行消化，消化1～3 min后加入完全培養(yǎng)基終止消化。將細胞轉(zhuǎn)移到離心管后以1 200 r/min的速度離心5 min，舍去上清液，加入2 mL的細胞培養(yǎng)基吹打細胞，對細胞進行計數(shù)。根據(jù)計算得到的細胞質(zhì)量分數(shù)，將細胞懸液稀釋到實驗所需的質(zhì)量分數(shù)。取96孔板，每孔加入細胞濃度為5×104個/mL的100 μL細胞懸浮液。將含有細胞懸液的96孔板放置在CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h后吸出培養(yǎng)基，每孔換成100 μL的浸提液進行培養(yǎng)，再培養(yǎng)24 h后吸出96孔板中的培養(yǎng)基，每孔加入100 μL含CCK-8的DMEM/High Glucose培養(yǎng)基，在細胞培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)1.5 h后，使用酶標儀測定 450 nm處的吸光度值，吸光度值越大，意味著活細胞數(shù)量越多。

細胞增殖率按下式計算：

式中：R為細胞增殖率，%；S為實驗組吸光度值；A為空白對照組的吸光度值。

1.3.4 其他測試

采用D/Max-2550PC型X射線衍射儀(日本RIGAKU公司)進行結晶性能測試。輻射波長為0.154 056 nm，管電壓為40 kV，管電流為200 mA，掃描范圍 2θ為5°～60°，掃描速度為 1 (°)/min。

采用Aztec X-Max 20型X射線能量色散譜儀(EDS，英國Oxford 公司)進行能譜測試，加速電壓為12.5 kV。

采用TM-3000型掃描電子顯微鏡(日本Hitachi公司)觀察基布表面的微觀形貌。

采用PXS8-T型體式顯微鏡(上海測維公司)觀察基布的宏觀形貌，可連續(xù)變倍觀測，放大倍數(shù)為7～63倍。

2 實驗結果與分析

2.1 分散劑對分散液黏度的影響

表4示出質(zhì)量分數(shù)均為1%的不同分散劑分散液的黏度對比。可知，同等質(zhì)量分數(shù)分散液的黏度從大到小為：CMC、Tween-80、PEG。1%的Tween-80和PEG的黏度保持在100 mPa·s左右，二者沒有顯著性差別；而1%CMC的黏度在8 000 mPa·s左右，其數(shù)值出現(xiàn)了一個數(shù)量級的提升。

表4 不同分散劑的分散液黏度Tab.4 Dispersion viscosity of different dispersants

表5示出不同質(zhì)量分數(shù)的CMC分散液黏度對比。可知，隨著CMC質(zhì)量分數(shù)的增加，分散液的黏度值呈指數(shù)級上升。不同質(zhì)量分數(shù)CMC分散液的黏度大小順序為：2.0% CMC、1.5% CMC、1.0% CMC、0.5% CMC。

表5 不同質(zhì)量分數(shù)的CMC分數(shù)液黏度Tab.5 Dispersion viscosity of different mass fractions of CMC

2.2 分散劑對分散液穩(wěn)定性的影響

2.2.1 鋅分散體系的穩(wěn)定性

圖1示出不同分散劑的鋅顆粒分散體系在特定時間后沉降高度的變化。可以看出，沉降5 min后鋅分散液的沉降高度從小到大為CMC、Tween-80、PEG，說明分散體系的穩(wěn)定性由強到弱為CMC、Tween-80、PEG。隨著時間的延長，Tween-80、PEG分散體系的沉降高度顯著增加，而CMC分散體系的沉降高度在20 min內(nèi)基本保持不變，由此可見，對于鋅顆粒的分散，CMC作為分散劑具有較好的穩(wěn)定性。

圖1 鋅粉在不同分散劑體系中的沉降高度Fig.1 Settling height of zinc powder in different dispersant systems

0 h時不同質(zhì)量分數(shù)CMC的鋅分散液體系的相對液面高度如表6所示。由低到高為2.0% CMC、1.5% CMC、1.0% CMC、0.5% CMC，說明分散液體系穩(wěn)定性排序為2.0% CMC、1.5% CMC、1.0% CMC、0.5% CMC。不同質(zhì)量分數(shù)CMC對分散液穩(wěn)定性的影響如圖2所示。隨著時間的延長，0.5% CMC的鋅粉分散液體系的液面出現(xiàn)了顯著沉降，在4 h后懸浮液基本沉降完全。而質(zhì)量分數(shù)大于0.5% CMC的鋅粉分散液體系的沉降高度在4 h內(nèi)基本保持不變。

表6 不同質(zhì)量分數(shù)CMC的鋅分散體系0 h時的相對液面高度Tab.6 Relative liquid level height of zinc dispersion systemsunder different mass fractions of CMC at 0 h

圖2 不同質(zhì)量分數(shù)CMC的鋅分散體系的沉降高度Fig.2 Settlement height of zinc dispersion systems under different concentrations of CMC

2.2.2 銀分散體系的穩(wěn)定性

圖3示出不同分散劑銀分散體系的吸光度。可看出，不同分散劑的分散體系的吸光度大小順序為：Tween-80、PVP、CMC、PEG，因此分散液體系的穩(wěn)定性由強到弱為Tween-80、PVP、CMC、PEG。這是因為非離子型表面活性劑Tween-80分子比較大，其空間位阻比較顯著，對分散效果作用顯著[7]。通過實驗得到，不同質(zhì)量分數(shù)Tween-80對分散液穩(wěn)定性的影響呈現(xiàn)隨著分散劑質(zhì)量分數(shù)增加，銀分散液吸光度先減少后增加的結果。分散液穩(wěn)定性由強到弱依次為0.5%Tween-80、1.0% Tween-80、2.0%Tween-80、1.5%Tween-80，表明質(zhì)量分數(shù)為0.5%的Tween-80分散液體系對納米銀顆粒的分散性能最好。因此，選擇Tween-80質(zhì)量分數(shù)為0.5%作為納米銀粒子的目標分散劑質(zhì)量分數(shù)。

圖3 不同分散劑的納米銀分散液的吸光度Fig.3 Absorbance of nano-silver dispersions with different dispersants

2.3 黏合劑對電極性能的影響

2.3.1 鋅電極的性能

由于水性丙烯酸乳液(AAE)具有無毒、無刺激，對人體無害，且成膜后具有優(yōu)異的抗黏連性能等特點，選取水性丙烯酸乳液作為金屬油墨的黏合劑。不同質(zhì)量分數(shù)AAE鋅電極的微觀形貌如圖4所示。當AAE質(zhì)量分數(shù)為5%時，鋅顆粒均勻地分散在纖維的表面和纖維與纖維的夾縫之間，少量的鋅顆粒被黏合劑包裹。隨著AAE質(zhì)量分數(shù)的增加，鋅顆粒被黏合劑包裹的越來越緊密。當質(zhì)量分數(shù)為20%時，很少有裸露鋅顆粒暴露在基布外層。

圖4 不同鋅電極與空白基布SEM照片(×3 000)Fig.4 SEM images of different zinc electrodes and based fabric (×3 000). (a) Zinc electrodes A; (b) Zinc electrodes B;(c) Zinc electrodes C;(d) Zinc electrodes D;(e)Based fabric

不同質(zhì)量分數(shù)AAE鋅電極的XRD圖譜如圖5所示。所有的試樣在2θ為36.32°、39.04°和43.28°處呈現(xiàn)出最強的衍射峰，對應金屬鋅結構的(002)、(100)和(101)晶面，以及54.321°、70.061°、70.64°、82.08°和86.818°處呈現(xiàn)的弱衍射峰對應金屬鋅結構的(102)、(103)、(110)、(112)和(201)晶面[9]。表明鋅電極沒有受到明顯的氧化作用。

圖5 不同鋅電極與純鋅粉及滌綸非織造布的XRD圖Fig.5 XRD image of different zinc electrodes, zinc powder and polyester non-woven

不同質(zhì)量分數(shù)AAE的鋅電極EDS分析如圖6所示。可以看出，鋅電極基布上鋅顆粒的微米級尺寸均勻地呈點狀分布在基布的表面。

圖6 不同鋅電極的EDS圖Fig.6 EDS image of different zinc electrode. (a) Zinc electrodes A; (b) Zinc electrodes B;(c) Zinc electrodes C;(d) Zinc electrodes D

通過絲網(wǎng)印刷技術制備的不同AAE質(zhì)量分數(shù)的鋅電極的電壓如圖7所示。隨著AAE質(zhì)量分數(shù)的增加，鋅電極的電壓先減小后增大；隨著測試時間的延長，鋅電極的電壓緩慢地下降。這與電解液不斷滲入有關，時間的延長導致和電解液反應的鋅粉不斷減少，從而使得電壓下降。在初始測量時，當AAE質(zhì)量分數(shù)為5%時，2個電極之間產(chǎn)生的電壓最高，電壓值在0.65 V左右波動，達到商用生物電敷料的電學性能(0.5～0.9 V)要求[4、10]；當AAE質(zhì)量分數(shù)為15%時，隨著質(zhì)量分數(shù)的提高，鋅油墨干燥后在織物表面形成互穿交聯(lián)網(wǎng)狀結構，將鋅顆粒包裹在黏合劑里，導致鋅電極的電壓下降，在0.25 V左右波動。在所有測量時間段內(nèi)，AAE質(zhì)量分數(shù)為5%的鋅電極的電壓均高于另外3種電極。這是由于質(zhì)量分數(shù)為5%時，鋅顆粒大都裸露在纖維的表面，沒有過多地被黏合劑包裹，從而使鋅顆粒和電解液產(chǎn)生良好的接觸，在2個電極之間形成了較高的電勢差。

圖7 不同鋅電極的電壓Fig.7 Voltages of different zinc electrodes

2.3.2 銀電極的性能

通過絲網(wǎng)印刷得到的不同黏合劑AAE質(zhì)量分數(shù)的銀電極基布的微觀形貌如圖8所示。可見：不同質(zhì)量分數(shù)AAE的銀電極，銀顆粒均勻地黏附在滌綸基布上；當AAE質(zhì)量分數(shù)為5%和10%時，纖維表面黏附的銀粉較少，銀粉多分布在纖維與纖維的空隙內(nèi)；隨著AAE質(zhì)量分數(shù)增加，纖維表面黏附銀逐漸增多；當黏合劑的質(zhì)量分數(shù)為20%時，纖維表面及纖維與纖維間隙內(nèi)都填充了較多銀粉。

圖8 不同銀電極與空白基布的SEM照片(×3 000)Fig.8 SEM images of different silver electrodes and based fabric(×3 000). (a) Silver electrodes A′; (b) Silver electrodes B′; (c) Silver electrodes C′; (d) Silver electrodes D′; (e)Based fabric

不同質(zhì)量分數(shù)AAE的銀電極的XRD圖譜如圖9所示。以銀電極C′為例，其2θ衍射角38.060°、44.200°、64.340°和 77.299°處分別對應單質(zhì)銀的(111)、(200)、(220)和(311)晶面[11]。用MDI Jade軟件檢測分析該晶體為面心立方結構，衍射峰和所用純銀粉的XRD圖譜相匹配，并且基線平直，衍射峰尖銳，峰強高，說明納米銀粉被均勻地負載到基布表面，且隨著時間的推移沒有在空氣中自發(fā)地發(fā)生化學反應。

圖9 不同銀電極與純銀粉及滌淪非織造布的XRD圖Fig.9 XRD image of different silver electrodes, silver powder and polyester non-woven

不同黏合劑質(zhì)量分數(shù)銀電極的EDS分析結果如圖10所示。可看出：銀電極基布表面出現(xiàn)了銀的特征光點；隨著黏合劑含量的提高，基布表面分布的銀粉逐漸增多，且分布越來越均勻；當黏合劑質(zhì)量分數(shù)為5%時，銀的分布較為稀疏，基布表面部分區(qū)域沒有銀粉的覆蓋，而當黏合劑質(zhì)量分數(shù)上升至15%時，銀顆粒在基布表面均勻分布。EDS結果顯示，銀電極表面不含有其他的金屬雜質(zhì)，與XRD結果吻合。

圖10 不同銀電極的EDS圖Fig.10 EDS image of different silver electrode. (a) Silver electrodes A′; (b) Silver electrodes B′; (c) Silver electrodes C′; (d) Silver electrodes D′

銀-碳片組合電極的電壓測試結果如圖11所示。隨著AAE質(zhì)量分數(shù)的提高，銀電極電壓先增大后減小。當AAE質(zhì)量分數(shù)為15%時，銀電極的電壓達到最大值。當黏合劑質(zhì)量分數(shù)為20%時，銀電極的電壓開始下降。

圖11 不同質(zhì)量分數(shù)AAE的銀電極的電壓Fig.11 Voltages of silver electrodes with different mass fractions of AAE

2.4 條紋狀Ag/Zn電極對及其細胞毒性

Ag/Zn條紋狀圖案基布的表觀形貌如圖12所示。其中：深色區(qū)域代表Ag電極，灰白色區(qū)域代表Zn電極。條紋圖案清晰，Ag、Zn電極對界限明顯。

圖12 條紋狀Ag/Zn電極對的表觀形貌Fig.12 Apparent morphology of striped Ag/Zn electrode pairs

作為敷料用Ag/Zn電極對，要求其細胞相容性良好，因此，對條紋狀電極對采用浸提液的方法進行24 h的L929細胞培養(yǎng)，采用倍比稀釋的方法確定微電流基布的細胞毒性質(zhì)量分數(shù)的分界點，使用CCK-8檢測材料的細胞毒性，實驗結果如表7和圖13所示。可以看出，隨著基布上金屬質(zhì)量分數(shù)的增加，細胞的增殖率顯著減少，具有質(zhì)量分數(shù)-毒性的對應關系(P<0.05)即浸提液中金屬的質(zhì)量分數(shù)越高，對細胞的毒性效應越高。具體表現(xiàn)為，基布Ⅰ～Ⅲ在24 h的細胞增殖率大于75%，而基布Ⅳ和Ⅴ在24 h的細胞增殖率卻低于20%。因此，所制備的條紋狀圖案基布Ⅰ～Ⅲ被界定為沒有細胞毒性，由于金屬質(zhì)量分數(shù)較小，其在使用過程中不會抑制細胞的增殖；而基布Ⅳ～Ⅴ由于金屬質(zhì)量分數(shù)較大，被界定為具有中度細胞毒性，在使用中較高質(zhì)量分數(shù)的金屬粒子對細胞具有一定的毒害作用。

注：標注線為不同水平間相互對比的顯著性分析，星號越多顯著性越強。圖13 基布的倍比稀釋細胞增殖率Fig.13 Proliferation rate of multiple dilution cells in based fabric

表7 基布Ⅲ的細胞增殖率Tab.7 Proliferation rate of cells in based fabric Ⅲ

此外采用倍比稀釋法研究發(fā)現(xiàn)，隨著基布浸提液稀釋倍數(shù)的增大，基布在24 h時的細胞存活率顯著上升，表現(xiàn)出質(zhì)量分數(shù)-毒性的對應關系(P<0.01)[12]。當基布Ⅳ的浸提液稀釋2倍后，其細胞增殖率高于75%(P<0.001)，且和不稀釋的基布Ⅲ的細胞增殖率相當，表現(xiàn)出質(zhì)量分數(shù)-毒性的對應關系。

3 結 論

本文針對敷料用柔性電極的制備，探究了分散劑種類和質(zhì)量分數(shù)對金屬顆粒分散性能的影響及黏合劑種類和質(zhì)量分數(shù)對金屬電極性能的影響，并對制備得到的條紋狀柔性金屬電極對的細胞毒性進行了評價與分析，得到如下結論。

1) 隨著CMC質(zhì)量分數(shù)的提高，分散液的黏度提高，鋅分散體系的空間位阻增加，分散體系穩(wěn)定性更好，因此確定1.0%的CMC為鋅顆粒的分散劑。隨著Tween-80質(zhì)量分數(shù)從0.5%增加到2.0%，納米銀分散液的吸光度先減小后增大，確定0.5%的Tween-80作為納米銀粒子的分散劑。

2) 金屬粒子在基布表面分布均勻；基布在制備過程中不存在金屬氧化。

3) 鋅電極的電壓隨水性丙烯酸乳液AAE質(zhì)量分數(shù)的提高而下降，當黏合劑質(zhì)量分數(shù)為5%時，鋅電極電壓最大。銀電極基布的電壓隨AAE質(zhì)量分數(shù)的提高先上升后減小，當AAE質(zhì)量分數(shù)在15%時，銀電極-碳片組合電極的電壓最大。

4) 金屬質(zhì)量分數(shù)為0.5%～1.0%的基布不具有細胞毒性，金屬質(zhì)量分數(shù)為3.0%～5.0%的基布具有中度細胞毒性。條紋化金屬電極對在金屬含量較低時，表現(xiàn)出良好的細胞相容性，可作為今后生物電敷料深入研究時金屬質(zhì)量分數(shù)值的有力參考。