基于氧化氯的抗菌水凝膠的制備及表征

賈慧穎 許祺 左桂福 王鐵剛

摘要：本文以二氧化氯為綠色抗菌劑，通過冷凍干燥法制備了聚乙烯醇抗菌海綿，利用浸漬法將水溶性高分子溶液浸漬到抗菌海綿中，得到新型抗菌水凝膠。采用FT-IR、SEM等測試方法對樣品進行分析表征。結果表明：以1%聚乙烯醇溶液為基體，亞氯酸鈉溶液為抗菌劑，經冷凍5h，真空干燥36h制作的海綿，海綿孔隙最致密，機械強度最高，此海綿經1%羧甲基殼聚糖溶液浸漬效果最好，抗菌水凝膠機械強度最高，抗菌2h抗菌率高達95.12%，抗菌效果最優異。

關鍵詞：聚乙烯醇;抗菌海綿;抗菌水凝膠;亞氯酸鈉

緒論

有研究表明，皮膚在濕潤的環境下愈合更加迅速[1]。而水凝膠輔料能保持創面持續濕潤，為傷口提供濕潤的愈合環境。作為創面敷料，水凝膠材料擁有較好的機械強度，但是當前很多高分子水凝膠敷料不具備抗菌性能，容易滋生細菌，導致傷口感染。抗菌水凝膠是近年來發展迅速的一種新型抗菌材料。常見的銀納米粒子等無機抗菌劑擁有良好的抗菌性能，但是其潛在毒性和劑量依賴性，并沒有被廣泛應用。二氧化氯（ClO2）具有殺菌效果優異、用量少、作用迅速，在很大的pH范圍內均有很強的殺菌能力以及殺菌效果持續時間長等優點，已經被世界衛生組織（WHO）定為A1級高效安全消毒劑[2，3]。

本文以亞氯酸鈉為原料，通過添加穩定劑、pH緩沖劑、吸收劑制備穩定的氧化還原電位水溶液。以聚乙烯醇為基體，氧化還原電位水為分散體，制備具有抗菌功能的高分子復合水凝膠，采用冷凍干燥技術將高分子復合水凝膠制備成多孔海綿，以上述抗菌多孔海綿為骨架材料，以羧甲基殼聚糖為凝膠材料，采用浸漬法將抗菌海綿浸漬成復合水凝膠，研究抗菌劑比例、制備參數對復合材料性能的影響進行系統研究。以它們獨特的組合以及目前正在開發的方法將為抗感染治療提供一個有希望的未來[4]。

1實驗材料及方法

1.1材料

聚乙烯醇、亞氯酸鈉、四硼酸鈉、30%過氧化氫、氯化鈉、牛肉浸膏、平板計數瓊脂、大腸桿菌、月桂基硫酸鹽胰蛋白胨，上述試劑均為分析純。

1.2多孔抗菌海綿的制備

稱取1g 聚乙烯醇，加入100mL去離子水，在100℃的恒溫水浴中劇烈攪拌至完全溶解，得到PVA溶液。將制備好的穩定亞氯酸鈉溶液按照不同抗菌比例分別加入到上述溶液中攪拌（抗菌比例分別為抗菌劑占海綿總質量25%/20%/0），得到抗菌凝膠，將溶液倒入24孔板培養皿中成型，在冰箱中預冷凍2h，預凍體在真空冷凍干燥機干燥，得到多孔抗菌海綿。

1.3復合抗菌水凝膠的制備

量取100mL去離子水，邊攪拌邊分別加入1g羧甲基殼聚糖，超聲約1h，直至完全溶解，將戊二醛稀釋為質量分數1%的溶液，將多孔抗菌海綿加入到含有羧甲基殼聚糖溶液的離心管中，進行真空浸漬，使羧甲基殼聚糖溶液完全浸漬到多孔海綿中，浸漬完畢后，將浸漬好的抗菌海綿加入到稀釋好的戊二醛溶液中，進行交聯，制得復合抗菌水凝膠。

2結果與討論

2.1抗菌海綿的形貌研究

采用掃描電子顯微鏡（SEM）對PVA多孔抗菌海綿的形貌進行了分析，由圖1可以看出，采用冷凍干燥法制備的海綿具有豐富的多孔結構，隨著抗菌劑比例的提升，孔洞數量有明顯的減小趨勢。如圖（b）所示的抗菌劑占比為20%的聚乙烯醇抗菌海綿，可以清晰的看到均勻分布的抗菌劑顆粒，隨著抗菌劑比例的增加，抗菌海綿組織上的抗菌劑顆粒越來越多。由圖（d）可知，抗菌劑占比增加到25%并沒有影響聚乙烯醇抗菌海綿收縮。為了保證抗菌效果，選擇抗菌劑比為25%的聚乙烯醇抗菌海綿作為后期制作復合抗菌水凝膠的抗菌海綿。

2.2復合水凝膠紅外光譜分析

為確定物質分子結構和鑒別化學物，對不同抗菌比聚乙烯醇抗菌海綿進行紅外光譜分析，如圖2所示。位于3435cm-1處的特征峰為分子間氫鍵-OH伸縮振動峰，位于2930cm-1為甲基以及亞甲基上的C-H的振動伸縮峰，位于1103cm-1為C-O-C伸縮振動峰，證實聚乙烯醇海綿材料具有親水基團OH，并且成功進行了縮醛化反應[5]。而含有抗菌劑兩個聚乙烯醇抗菌海綿樣品顯示的特征峰，是位于750-900cm-1之間的Cl-O峰，這意味著在聚乙烯醇海綿上成功引入了抗菌劑ClO2，由此可得：亞氯酸鈉溶液可以作為抗菌劑添加到聚乙烯醇中制作抗菌海綿。

2.4抗菌性能研究

由表1可以看出，含25%抗菌劑的PVA復合水凝膠組菌落較空白對照組與加入無抗菌劑的PVA水凝膠組數量明顯減少，抗菌率可達95.1%。

3結論

以PVA為基體，亞氯酸鈉為抗菌組份，采用冷凍干燥法，成功制備了PVA抗菌海綿。以羧甲基殼聚糖為凝膠基體，以戊二醛為交聯劑，采用浸漬法，制備了復合抗菌水凝膠。25%的聚乙烯醇-羧甲基殼聚糖復合抗菌水凝膠1h，抗菌率為95.12%，有望在傷口領域得到應用。

參考文獻

[1]Azad AK，Sermsintham N，Chandrkrachang S，Stevens WF. Chitosan membrane as a wound-healing dressing： character ization and clinical application[J]. J.Biomed. Mater. Res.B， 2004，69B，216-222.

[2]張勇，李寶根.二氧化氟對霉變玉米黃曲霉毒素B1脫毒效果的研究[J].食品科學，2001，22（10）：68-70.

[3]潘永貴，植麗華，黃德凱.穩定態二氧化氯殺菌劑在MP芒果上應用研究[J].食品科學，2003，24（2）：142-144.

[4]Li SQ，Dong SJ，Xu WG，Tu SC，Yan LS，Zhao CW，Ding JX，Chen XS.Antibacterial hydrogels.Adv.Sci，2018，5，1700527.

[5]楊旭.抗菌型聚乙烯醇基水凝膠材料的制備及其性能研究[D].中國科學技術大學，2020，9，13-16.