可光降解聚羥基丁酸酯/聚己內酯基抗菌纖維膜的制備及其性能

渠 赟，馬 維，劉 穎，任學宏

(生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)，江蘇 無錫 214122)

人類每時每刻都在接觸著無處不在的微生物，如細菌、霉菌、真菌，它們繁殖迅速，存活能力極強，可以通過空氣流動、直接接觸等方式傳播。微生物腐蝕每年在工業生產、食品安全以及醫療衛生等多個領域造成巨大的損失。傳統材料，如聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等，難以在自然條件下降解從而導致白色污染。而生物可降解材料在一定的環境條件下，能被自然界微生物如細菌、真菌等作用而發生降解[1]，因此，開發一種環境友好的可降解抗菌材料進而應用于包裝或生物材料領域是十分必要的[2]。

聚羥基丁酸酯(PHB)是聚羥基脂肪酸酯(PHA)中的一種典型代表[3]，其分子結構規整，較高的結晶度(5%～80%)導致其硬而脆。PHB熔點(180 ℃)接近分解溫度(190～200 ℃)，導致其加工溫度范圍較窄，限制了應用范圍[4]。聚己內酯(PCL)結晶度約為45%，具有優異的鏈柔性[5]。將PHB與PCL共混，可得到一種力學性能優異的復合材料[7-8]。同時，PHB與PCL都擁有優異的生物相容性及生物降解性，常應用于組織工程及敷料，可有效促進與生物組織細胞的增殖與分化。

無機抗菌劑有較高的耐熱能力，釋放作用時間長，具有廣譜抗菌性。ZnO是一種半導體材料，在抗菌、催化、食品包裝等方面有廣泛應用[9]，但較低濃度的ZnO往往不具備高效的抗菌能力，可通過金屬/非金屬摻雜、半導體耦合以及負載有機抗菌劑等方法對ZnO進行改性[10-11]。銀(Ag)作為一種被廣泛使用的貴金屬，可負載于不溶性硅酸鹽、鈣鹽、金屬氧化物以及石墨烯等材料上以改善材料的抗菌性或光催化效果[12]。Ag與ZnO界面建立的肖特基勢壘可使電子轉移的效率加快，進而促進抗菌及光降解性能[13]。Vaiano等[14]通過光沉積法制備了銀質量分數為0.88%的Ag-ZnO摻雜材料，具有高效光催化性能，可在紫外光下降解苯酚。Panchal等[15]通過生物介導法合成Ag-ZnO復合材料，具有良好的抗菌性及優異的染料光降解能力。因此，本文擬通過用Ag與ZnO摻雜制備復合顆粒，提高殺滅細菌與光催化降解的效率。同時，在成本低廉的ZnO顆粒中摻雜少量Ag，可減少二者用量而不降低使用效果，克服ZnO和Ag這2種材料的局限性而制備出具有高效光催化及抗菌效率的復合材料，具有一定的現實意義[16]。

目前，將銀摻雜ZnO顆粒應用于抗菌高分子膜材料的研究相對較少。將納米顆粒混入靜電紡絲液是制備復合纖維膜材料的良好手段，因此為拓寬其應用范圍，本文將制備的Ag-ZnO抗菌劑添加入PHB/PCL紡絲液中，采用靜電紡絲技術制備出具有高效抗菌和光降解性能的可生物降解抗菌聚酯膜，并進行一系列表征測試，探究其性能及應用前景。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

乙醇(分析純)，國藥集團化學試劑有限公司；聚羥基丁酸酯(PHB，相對分子質量為3萬)，天津國韻生物材料有限公司；聚己內酯(PCL，相對分子質量為8萬)，SIGMA-ALDRICH有限公司；三氯甲烷(化學純)、硝酸銀(分析純)、抗壞血酸(分析純)、氫氧化鈉(分析純)、亞甲基藍、磷酸鹽緩沖溶液(PBS)速溶顆粒，國藥集團化學試劑有限公司；二水合乙酸鋅(純度為99.99%)，阿拉丁試劑有限公司。

1.2 實驗儀器

UV-2450型紫外分光光度儀，島津(上海)實驗器材有限公司；VGT-2013QTD型超聲波清洗器，GT SONIC有限公司；TM3030型掃描電子顯微鏡，日本株式會社日立高新技術公司；NICOLET NEXUS IS5型傅里葉紅外變換光譜儀，Thermo電子儀器公司；D8 Advance X型射線衍射儀，德國布魯克AXS公司；CEL-500/350 汞燈光源，北京中教金源科技有限公司；JZB-1800D型雙道注射泵，費森尤斯卡比健源醫療科技有限公司；Zetasizer Nano-ZS型激光納米粒度Zeta電位儀，英國馬爾文儀器有限公司；HAAKE MARS型旋轉流變儀，賽默飛世爾科技有限公司；3385H-電子萬能材料試驗機，美國Instron Inc公司；FC型酶標儀，賽默飛世爾科技有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 Ag-ZnO顆粒的制備

稱取0.1 g硝酸銀溶解在100 mL無水乙醇中，充分攪拌使其溶解，加入0.1 g抗壞血酸，充分攪拌。稱取1.9 g二水合乙酸鋅，加入硝酸銀溶液中，在電磁攪拌器上室溫攪拌30 min，將反應液全部轉移至高壓釜中，100 ℃反應24 h后取出，離心后用無水乙醇清洗2～3次，再用去離子水清洗1～2次。取出產物，于80 ℃烘箱中干燥12 h，研磨成粉末備用。氧化鋅顆粒的制備方法同上。

1.3.2 Ag-ZnO-PHB/PCL纖維膜的制備

分別稱取PHB和PCL(質量比為40∶60)于具塞錐形瓶中，加入三氯甲烷，PHB/PCL的總質量分數為10%，混合均勻后放入超聲波振蕩機中，于 35 ℃ 超聲波處理2 h，充分溶解后，放在電磁攪拌器室溫攪拌24 h。用注射器吸取紡絲液，安裝在注射泵上，用鋁箔紙作為承接表面。電壓設置為20 kV，針頭到滾筒的距離為20 cm，注射速度為1.0 mL/h，滾筒轉速為500 r/min，收集20 h。按照Ag-ZnO 顆粒質量分數為1%、2%、3%、4%的梯度配制紡絲液。稱取相應質量的Ag-ZnO顆粒，超聲波分散于三氯甲烷之中，再加入PHB/PCL繼續超聲波分散 2 h，充分溶解后，放在電磁攪拌器室溫攪拌 24 h。ZnO-PHB/PCL膜制備同上。

1.4 測試與表征

1.4.1 樣品表征

使用傅里葉紅外變換光譜儀測試顆粒及纖維膜樣品半反射紅外光譜，掃描范圍為4 000～400 cm-1。

樣品噴金后，使用掃描電子顯微鏡在15 kV的電壓下觀察Ag-ZnO及Ag-ZnO-PHB/PCL纖維膜形貌。

使用X射線衍射儀表征樣品結晶狀態，設置步長為0.05°，角度范圍為10°～80°。

使用熱重分析儀測試樣品的熱質量損失，升溫速率20 ℃/min，溫度設定范圍為50～800 ℃。

使用激光納米粒度Zeta電位儀表征樣品粒徑分布。將樣品分散在無水乙醇中，超聲10 min使其形成均勻的懸浮液用于測定樣品粒徑。

使用旋轉流變儀測試紡絲液的黏度。設置溫度為25 ℃，圓盤間隙為0.050 mm，取少量紡絲液均勻涂抹在圓盤之間，待其旋轉穩定后讀取黏度數值。

1.4.2 強力測試

將含有不同質量分數Ag-ZnO顆粒的Ag-ZnO-PHB/PCL和純PHB/PCL纖維膜，分別剪取100 mm × 20 mm 大小的待測樣5份，于45 ℃干燥24 h，在恒溫(20 ℃)、恒濕(65%)的條件下，使用電子萬能材料試驗機測試樣品拉伸性能，夾持距離為5 mm，拉伸速度為50 mm/min。每個樣品測5次，取平均值。

1.4.3 抗菌測試及生物被膜測試

根據AATCC 100—2004《紡織品材料上耐細菌整理:評定》中改良實驗方法來檢測樣品的抗菌性能。選用革蘭氏陰性大腸桿菌O157:H7(ATCC 43895)和革蘭氏陽性金黃色葡萄球菌(ATCC 6538)作為測試菌種，對空白對照樣品純PHB/PCL膜，ZnO-PHB/PCL 膜和Ag-ZnO-PHB/PCL膜進行抗菌測試，每個試樣大小為2.54 cm × 2.54 cm。首先將2種細菌懸浮在磷酸鹽緩沖溶液中，配制出測試所需濃度的菌液。取一片纖維膜在中心滴加25 μL菌液，再取另一片纖維膜覆蓋在上面，將無菌砝碼置于上方，確保2個試樣與菌液的充分接觸。接觸時間設置為10、30、60 min，達到接觸時間后，用磷酸鹽緩沖溶液將所得上清液進行一系列濃度梯度的稀釋，并接種在培養基中。于37 ℃恒溫培養24 h后，記錄細菌菌落數，評價其抗菌效果。抑菌率計算方法如下：

式中：R為抑菌率，%；A為實驗組菌落數量,CFU；B為對照組菌落數量,CFU。

選取同上大腸桿菌菌種，配制107～108CFU/mL的細菌懸浮液備用，分別準備1 cm2的純PHB/PCL膜和Ag-ZnO-PHB/PCL膜樣品，投入裝有10 mL菌液的離心管中。到達設置的黏附時間(30、120 min) 后取出樣品，用PBS沖洗3次，放入裝有 5 mL 營養肉湯的搖菌管中，在空氣搖床(37 ℃，12 h) 中振蕩培養。取出樣品，用PBS充分清洗后，將其剪半，一半放入盛有10 mL PBS的離心管中，超聲波振蕩10 min，再渦旋2 min，對其進行一系列梯度稀釋后點板。另一半樣品在3%戊二醛溶液中固定(-4 ℃，24 h)。采用體積分數分別為30%、50%、70%、90%的乙醇水溶液對樣品上附著的大腸桿菌進行梯度脫水處理，干燥后使用掃描電鏡觀察樣品上生物被膜的生長情況。

1.4.4 光降解測試

采用亞甲基藍(MB)變色評估方法。將待測樣品純PHB/PCL膜和Ag-ZnO-PHB/PCL纖維膜分別剪成2 cm × 2 cm的方塊在45 ℃條件下干燥24 h備用。配制質量分數為0.01%的亞甲基藍水溶液，將膜樣品置于平坦表面，固定滴定管到試樣表面的距離高度為1 cm，滴下1滴(約為50 μL)MB 溶液，靜置吸收3 min。在CEL-M500汞燈光源下照射，功率為500 W，距離為18 cm。分別在0、5、12 min時拍下試樣上亞甲基藍顏色變化情況[17]。

1.4.5 體外細胞毒性測試

基于ISO 10993-5《醫療器械生物學評價 第5部分:體外細胞毒性試驗》實驗方法，即3，3′-(1-(苯氨酰基)-3，4-四氮唑)-二(4-甲氧基-6-硝基)苯磺酸鈉(XTT)細胞毒性測試方法，通過L-929(ATCC CCL-1) 小鼠成纖維細胞在樣品提取液的存活率來評價樣品的體外細胞毒性。將小鼠細胞傳代培養3～5次，稀釋液接種于96孔板，添加杜氏改良Eagle培養基(DMEM)后將培養基轉移至5% CO2細胞培養箱(37 ℃，24 h)。分別取用空白培養基、100 μL樣品浸取液代替上述培養基。孵育8 h后，向孔中分別添加50 μL XTT/吩嗪硫酸甲酯(PMS)溶液，在37 ℃下避光保存4 h，用酶標儀測定 490 mn 下的光密度(OD值)來評價細胞增殖情況。

2 結果與討論

2.1 Ag-ZnO-PHB/PCL的形貌結構

圖1示出Ag-ZnO的電鏡照片和粒徑分布曲線。可以看出，Ag-ZnO呈現顆粒狀。經測試，Ag-ZnO的平均粒徑約為785 nm(粒徑的多分散指數PDI為0.237)。

圖1 Ag-ZnO的電鏡照片及粒徑分布Fig.1 SEM image(a) and size distribution(b) of Ag-ZnO

圖2為Ag-ZnO表面Zn和Ag的能譜分析圖。可以看出，Zn與Ag元素均有高密度分布。

圖2 Ag-ZnO表面的能譜分析圖Fig.2 EDS mapping images of different elements in Ag-ZnO

圖3示出Ag-ZnO顆粒質量分數為0%～4%時Ag-ZnO-PHB/PCL 纖維膜的電鏡照片，可以清晰地看到Ag-ZnO顆粒存在。添加有顆粒的纖維與純 PHB/PCL 纖維相比形態發生一定變化。由于粒子的尺寸小，較高的表面活性易導致其吸附團聚，隨著Ag-ZnO顆粒質量分數的增加，發生團聚現象。實驗測得顆粒質量分數為0%～4%紡絲液的黏度分別為724.2、785.4、801.3、818.6、881.7 mPa·s。紡絲液的黏度隨著Ag-ZnO顆粒質量分數的增加而增大。在1%～2%范圍內，當電壓不變時，黏度越高，則射流在電場中被拉伸受到的阻力越大，因而直徑較大。另外，推測由于Ag是導體，ZnO為半導體，當Ag-ZnO顆粒質量分數增大到一定量時，紡絲液的介電常數會大大提高，注射器針頭處液滴將產生更多感應電荷，進而在靜電場中更加充分地拉伸[18]；當質量分數為3%時，纖維直徑減小；當含量繼續增加至4%，紡絲液黏度過高，纖維變粗，并且直徑分布變得不均，出現大量細絲。

圖3 不同質量分數Ag-Zn顆粒Ag-ZnO-PHB/PCL纖維膜電鏡照片Fig.3 SEM images of Ag-ZnO-PHB/PCL membranes with different content of Ag-ZnO particle

2.2 Ag-ZnO-PHB/PCL的力學性能

圖4示出純PHB/PCL膜(Ag-ZnO質量分數為0%)和Ag-ZnO質量分數為1%、2%、3%、4%的纖維膜的斷裂強力和斷裂伸長率。純PHB/PCL纖維膜強力較差，斷裂伸長率較低，在添加Ag-ZnO顆粒之后，纖維強力與斷裂伸長率整體均有所提高。Ag-ZnO-PHB/PCL 纖維膜的強力呈現先上升后下降的趨勢，添加質量分數為3%時，纖維的強力有較大的改善。原因可能是加入的Ag-ZnO提高了纖維膜的剛性，使得纖維膜經受外力拉伸時承受更大的作用力而不致斷裂。

圖4 PHB/PCL與Ag-ZnO-PHB/PCL的斷裂強力與斷裂伸長率Fig.4 Breaking strength and elongation at break of PHB/PCL and Ag-ZnO-PHB/PCL membranes

Ag-ZnO-PHB/PCL纖維膜的斷裂伸長率有大幅度提升，呈現先上升后下降的趨勢，添加質量分數為2%時達到最大值183%。當顆粒的添加量增加到一定程度，由于微粒的團聚效應導致顆粒尺寸增大，進而影響纖維結晶，受外力作用時，纖維膜中分子鏈的活動受到了限制，導致斷裂伸長率下降。綜合斷裂強力與斷裂伸長率，選擇顆粒質量分數為3%為最優值。

2.3 Ag-ZnO-PHB/PCL的結構組成

圖5示出ZnO和Ag-ZnO、PHB/PCL和Ag-ZnO-PHB/PCL纖維膜的紅外光譜。ZnO的紅外光譜中，490 cm-1處的吸收帶歸因于Zn—O的作用。在890 cm-1處觀察到的低峰可歸因于烯烴組的C—H平面外彎曲作用。1 380 cm-1處的峰歸因于產物表面氫氧化鋅的羥基發生橋聯[19]。Ag-ZnO光譜中出現的2 915 cm-1處的吸收峰，則是來源于NO3-中的N—O鍵振動。3 520 cm-1處為O—H鍵的伸縮振動峰。因為常溫大氣條件下，ZnO納米粒子表面易吸收水分子，生成結合水，難以完全干燥，這些水分子最終往往發生解離，生成吸附的羥基。相較于ZnO，Ag-ZnO顆粒有較強的O—H的振動峰，表面增加的大量羥基可能在Ag協同ZnO的過程中起到關鍵作用[20]。純PHB/PCL和Ag-ZnO-PHB/PCL纖維膜的圖譜表明，在2 920、2 860、1 720、1 170、1 041 cm-1處都有較為明顯的吸收峰，1 170～1 041 cm-1范圍內的特征峰由C—O—C鍵引起，1 720 cm-1處的峰為酯鍵中的羰基的伸縮振動引起，2 860 cm-1處由PHB中的甲基—CH3的伸縮振動引起，2 920 cm-1處的特征峰對應著飽和亞甲基—CH2—[21]。添加了Ag-ZnO顆粒之后各個基團的位置并未發生較大變化。

圖5 ZnO，Ag-ZnO，PHB/PCL和Ag-ZnO-PHB/PCL的紅外光譜圖Fig.5 FT-IR spectra of ZnO,Ag-ZnO,PHB/PCL and Ag-ZnO-PHB/PCL membranes

為進一步描述Ag-ZnO、Ag-ZnO-PHB/PCL等的晶型結構，對樣品進行XRD分析，結果如圖6所示。可知納米ZnO在31.60° 、34.49°、36.0°、47.28°、56.89°、67.81°等位置出現了尖銳的衍射峰，并各自對應(100)(002)(101)(102)(110)(103)(112)晶面，說明樣品是纖鋅礦型的ZnO，而且譜圖中未出現其他物質的衍射峰，證明制備的ZnO純度較高。Ag-ZnO衍射譜圖發生明顯變化，在38.02°，44.18°，64.35°位置出現了3處新的衍射峰，分別對應Ag的(111)(200)(311)晶面，未出現其他物質的衍射峰，說明Ag-ZnO純度較高[22]。而ZnO對應的衍射峰位置并沒有發生偏移，說明Ag的引入并未明顯影響ZnO晶體原有晶型，但是可明顯觀測到ZnO的衍射峰強度較原來減弱，表明Ag會影響ZnO晶體結構的生長。Ag-ZnO-PHB/PCL的圖譜中可觀察到較微弱的Ag-ZnO顆粒的峰，分別在31.5°，34.4°和36.0°的位置上，說明顆粒混入PHB/PCL且未改變PHB/PCL晶型。

圖6 ZnO，Ag-ZnO，PHB/PCL和Ag-ZnO-PHB/PCL的X射線衍射譜圖Fig.6 XRD spectra of ZnO,Ag-ZnO,PHB/PCL and Ag-ZnO-PHB/PCL membranes

2.4 Ag-ZnO-PHB/PCL的熱學性能

圖7(a)示出PHB/PCL和Ag-ZnO-PHB/PCL纖維膜的TG曲線。PHB/PCL纖維膜曲線中間出現1個熱降解臺階，Ag-ZnO-PHB/PCL纖維膜降解曲線光滑，無明顯階梯出現。第1階段為PHB的降解，其質量損失發生在220～280 ℃之間；第2階段為PCL的降解，其質量損失溫度范圍為280～420 ℃，纖維膜中的PHB和PCL均達到最大分解溫度[23]。PHB/PCL、Ag-ZnO-PHB/PCL纖維膜的質量保留率分別為1.142%、5.284%；Ag-ZnO-PHB/PCL纖維膜的最終殘留質量為碳和Ag-ZnO顆粒。

圖7(b)示出PHB/PCL和Ag-ZnO-PHB/PCL的DTG曲線。可看出，PHB/PCL在溫度為257.7、419.2 ℃時出現最大熱分解速率，Ag-ZnO-PHB/PCL的最大熱分解速率出現在283.6、318.1 ℃溫度處。Ag-ZnO顆粒的加入使材料的初始熱降解溫度從209.9 ℃提高到了239.1 ℃，整體熱降解結束對應的溫度從431.0 ℃降低到了351.6 ℃。加入顆粒后，纖維中大分子鏈的排列受到影響。受熱后纖維大分子鏈發生運動，由于顆粒的限制，分子鏈需要吸收更多的熱量才能克服束縛發生移動進而降解，從而提高了熱穩定性。

圖7 PHB/PCL和Ag-ZnO-PHB/PCL的TG和DTG曲線Fig.7 TG(a) and DTG(b) curves of PHB/PCL and Ag-ZnO-PHB/PCL membranes

2.5 Ag-ZnO-PHB/PCL的抗菌性能

表1示出PHB/PCL，ZnO-PHB/PCL和Ag-ZnO-PHB/PCL的抗菌性能。PHB/PCL本身沒有抗菌能力，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌接觸 60 min 后的抑菌率卻達到了75.66%和45.44%。由于PHB/PCL纖維膜孔隙率較高，有一定的親水性能，會吸附一定量的菌液，平板計數法點板時采用的是被測樣品的渦旋溶液，導致對照樣在數值上表現出一定的抑菌率[24-25]。由表1可得，Ag-ZnO-PHB/PCL對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率在60 min 時分別達到84.12%和97.99%。而ZnO-PHB/PCL對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌接觸60 min時的抑菌率為78.12%和71.67%，明顯低于Ag-ZnO-PHB/PCL的抗菌效果，可推測Ag的引入增強了抗菌效果。該材料對金黃色葡萄球菌的抑菌率優于大腸桿菌，可能原因為大腸桿菌為桿狀結構，而金黃色葡萄球菌為球形結構，更加有利于吸附于纖維膜上并增大與其的接觸面積，從而提高抑菌效率[26]。Ag+、Zn2+的溶出是Ag-ZnO顆粒能夠發揮抗菌效果的重要機制之一，一般細菌在溶液中細胞壁表面帶有負電荷，而顆粒釋放出的金屬離子帶正電，易加快吸附細菌從而與其接觸；金屬離子可抑制細胞壁上肽聚糖的合成，細胞膜形態發生變化，內容物流出進而死亡；金屬離子也可與細菌細胞膜上的磷脂分子層上帶負電的磷酸根及一些膜蛋白相結合，破壞細胞膜的選擇通過性使其無法發揮正常功能；Ag和ZnO可誘導細菌體內產生過量活性氧，如過氧化氫和羥基自由基等，會造成細菌的新陳代謝紊亂，使其DNA損傷并隨之凋亡[27-28]。大腸桿菌(ATCC 43895)為革蘭氏陰性菌，金黃色葡萄球菌(ATCC 6538)為革蘭氏陽性菌，研究表明，革蘭氏陽性菌對氧化鋅更加敏感[29]，原因為2類細菌的結構不同，革蘭氏陽性菌細胞壁為肽聚糖、磷壁酸與脂磷壁酸，而革蘭氏陰性菌的細胞壁的組成更加復雜，肽聚糖較少，但具有脂多糖且表面覆有一層膜，可有效阻止活性氧的滲透，所以對金黃色葡萄球菌的殺滅更高效快速。

表1 PHB/PCL,ZnO-PHB/PCL和Ag-ZnO-PHB/PCL的抗菌性能Tab.1 Antibacterial property of PHB/PCL,ZnO-PHB/PCL and Ag-ZnO-PHB/PCL

以大腸桿菌為例，探究Ag-ZnO-PHB/PCL膜對細菌生物被膜的抑制作用，結果如表2所示。經30 min初始黏附、24 h培養后，PHB/PCL纖維膜表面的大腸桿菌菌落數量為3.88×106CFU/cm2，而Ag-ZnO-PHB/PCL膜表面的大腸桿菌菌落數量為5.60×105CFU/cm2；當接觸時間為120 min時，Ag-ZnO-PHB/PCL 膜表面的菌落數量下降至4.01×104CFU/cm2，表明其對細菌生物被膜的形成有一定的抑制作用。

表2 大腸桿菌生物被膜作用測試Tab.2 Biofilm test for E. coli bacterial

圖8示出30和120 min時PHB/PCL和Ag-ZnO-PHB/PCL表面細菌的附著狀態。可以看出，純PHB/PCL纖維膜表面有大量大腸桿菌菌體聚集并覆蓋，而Ag-ZnO-PHB/PCL膜表面雖仍有少量細菌黏附，但較為干凈，無明顯的膜狀聚集體。且隨著初始黏附時間的增長，對照樣表面細菌數量有明顯增加，而Ag-ZnO-PHB/PCL膜仍無明顯聚集。

圖8 大腸桿菌生物被膜作用的電鏡照片Fig.8 SEM images of bacterial biofilm (E. coli)

2.6 Ag-ZnO-PHB/PCL的光降解性能

采用亞甲基藍溶液在紫外光下的降解實驗評價該材料的光降解性能，結果如圖9所示。可以看出，自然光下的對照樣顏色幾乎無變化，紫外光照射下的空白膜其褪色程度較小。根據結果，Ag-ZnO-PHB/PCL在紫外光下照射8 min后可使亞甲基藍溶液大部分顏色褪去，12 min時接近完全降解試樣上的亞甲基藍污漬。可見，Ag-ZnO顆粒可在紫外光條件下將大分子有機物降解成無色的小分子產物，表明制備的Ag-ZnO-PHB/PCL具有一定的光降解有機物大分子的效果。

圖9 亞甲基藍溶液光降解測試照片Fig.9 Photos of Methylene Blue solution degradation test

2.7 Ag-ZnO-PHB/PCL的體外細胞毒性

通過L-929小鼠成纖維細胞在樣品浸出液的存活率來評價樣品的體外細胞毒性。經PHB/PCL纖維膜樣品浸出液處理后，細胞存活率為(92±5)%；而經Ag-ZnO-PHB/PCL樣品浸出液處理后，細胞存活率為(76±4)%。根據ISO/EN 10993-5∶2009《醫療器械生物學評價 第5部分:體外細胞毒性試驗》標準顯示，當細胞存活率≥70%時可判定樣品安全無毒，因此，Ag-ZnO-PHB/PCL抗菌膜具有作為生物相容性抗菌材料使用的潛力。

3 結 論

本文通過靜電紡絲工藝將Ag-ZnO引入聚羥基丁酸酯/聚己內酯(PHB/PCL)纖維膜中，成功地制備了Ag-ZnO-PHB/PCL纖維膜，主要得出如下結論。

1)Ag-ZnO的添加提高了PHB/PCL纖維膜的熱穩定性；當質量分數為3%時，對纖維膜的力學性能有較佳的改善效果。

2)Ag-ZnO-PHB/PCL在60 min內對金黃色葡萄球菌的抑菌率達到97.99%，并且在針對大腸桿菌的生物膜作用測試中，對細菌生物膜形成有明顯的抑制作用。

3)Ag-ZnO-PHB/PCL對有機物大分子具有一定的降解作用，可在短時間內將亞甲基藍溶液降解至無色。體外細胞毒性實驗結果表明其具有較好的生物相容性。

4)制備的Ag-ZnO-PHB/PCL具有良好的抗菌及抑制細菌生物膜的效果、較好的力學性能、光降解性能以及生物相容性，在包裝和生物醫用材料等領域有一定的應用潛力。

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