外科用聚乙烯醇膜抗菌復材性能測試及應用效果觀察

李敏，郭瑩

摘要：以沸石咪唑酯骨架（ZIF-8）負載銀-二氧化鈦（Ag-TiO2）為基材制備一種抗菌劑，將其與聚乙烯醇（PVA）結合，制備一種綠色環保且具有抗菌性能的聚乙烯醇膜材料，研究其性能和應用效果。結果表明，隨著抗菌劑的添加，聚乙烯醇膜材料拉伸強度、透氧量、抗菌率和熱穩定性均有所提高。當添加1.6%抗菌劑時，材料拉伸強度最大，增幅達到14.7%；添加2.0%抗菌劑聚乙烯醇膜材料綜合性能最好，其拉伸強度為61.78 MPa；金黃色葡萄球菌抗菌率達到99.7%，透氣性能和熱穩定性良好。2.0%抗菌劑聚乙烯醇膜材料的創面愈合效果和抗菌效果均優于對照組。

關鍵詞：聚乙烯醇；抗菌劑；拉伸強度；抗菌率；熱穩定性

中圖分類號：TQ325.9文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2023）12-0072-04

Performance test and application effect observation of antibacterial?composite material of polyvinyl alcohol film for surgery

LI Min，GUO Ying

（Beijing Rehabilitation Hospital Affiliated to Capital Medical University，Beijing 100144，China）

Abstract：An antimicrobial agent was prepared by using zeolite imidazolate as the skeleton （ZIF-8） loaded with silver-titanium dioxide （Ag-TiO2） as the substrate，and further combined with polyvinyl alcohol （PVA） to prepare a green and environmentally friendly polyvinyl alcohol membrane material with antibacterial properties，and its properties and application effects were studied.The results showed that with the addition of antibacterial agents，the tensile strength，oxygen permeability，antibacterial rate，and thermal stability of polyvinyl alcohol membrane materials were improved.When 1.6% antimicrobial agent was added，the tensile strength of the material was the largest，with an increase of 14.7%.The addition of 2.0% antibacterial agent to polyvinyl alcohol film material had the best comprehensive performance，with a tensile strength of 61.78 MPa and a Staphylococcus aureus antibacterial rate of 99.7%，showing good breathability and thermal stability.The wound healing and antibacterial effects of the 2.0% antibacterial agent polyvinyl alcohol membrane material were better than those of the control group.

Key words：polyvinyl alcohol;antibacterial agents;tensile strength;antibacterial rate;thermal stability

發展抗菌材料對人類健康和環境衛生有著重要意義。許多學者進行了研究，如采用熱熔壓敏膠粘合的方法，通過納米纖維膜和止血海綿研制了一種醫用止血敷料[1]。通過靜電紡絲工藝，將姜黃素、聚乙烯醇以及聚丙烯酸相結合，制備了一種適用于傷口敷料的納米纖維抗菌膜[2]。通過石墨烯對納米TiO2進行改性，制備一種抗菌助劑，再結合聚乙烯醇和殼聚糖，制備一種抗菌復合膜材料[3]。聚乙烯醇有著可降解、低成本等特性，是一種綠色環保材料，但其本身無抗菌效果[4-5]。基于此，為提高生物醫學材料的綜合性能，試驗采用沸石咪唑酯骨架（ZIF-8）負載銀-二氧化鈦制備一種抗菌劑，然后結合聚乙烯醇（PVA），研制了一種聚乙烯醇膜材料。

1試驗部分

1.1材料與設備

主要材料：聚乙烯醇（工業純，PVA），同宏纖維；鈦酸四丁酯（分析純），豪順化工；2-甲基咪唑（分析純），多聚化學；N，N-二甲基甲酰胺（分析純，DMF），昊銳化工；六水合硝酸鋅（分析純），銘之鑫化工；金黃色葡萄球菌（標準品），晨微生物。

主要設備：FA2204E型電子天平（根拓機電）；DLH-12S 型離心機（隆和儀器）；SS-50L型高壓反應釜（予華儀器）；HTS-576型干燥箱（世測儀器）；HZ-1007型萬能拉力機（力顯儀器）；ISOBARIC-404型透氣性能測試儀（賽成電子）；BOS-DSC100A型差示掃描熱量儀（搏仕檢測設備）。

1.2試驗方法

1.2.1銀-二氧化鈦（Ag-TiO2）的制備

試驗采用程序升溫結合溶膠-凝膠，制備銀-二氧化鈦（Ag-TiO2）抗菌材料。

（1）用量筒分別量取20 mL無水乙醇、8.5 mL鈦酸四丁酯，攪拌混合1 h，獲得溶液A，備用；

（2）用電子天平稱量適量硝酸銀，保證Ag-TiO2抗菌材料中Ag質量分數為5%。然后，用量筒分別量取冰醋酸2 mL和無水乙醇6 mL，混合后，加入稱量好的硝酸銀，并在避光條件下進行攪拌處理30 min，獲得溶液B，備用；

（3）在避光環境中，向溶液B中緩慢滴加溶液A，滴加速度為10滴/min，并進行快速攪拌處理1 h。之后，添加硝酸調節pH值至2，并加入去離子水2 mL，攪拌混合3 h，獲得溶膠；

（4）對溶膠進行陳化處理12 h，獲得凝膠，然后，將凝膠轉移到反應釜中。將反應釜溫度按照2 ℃/min速率提高到200 ℃，之后保持該溫度2 h；

（5）使反應釜中物料自然冷卻，直到呈室溫后轉移到干燥箱中，在恒溫70 ℃環境下處理12 h。之后，使用蒸餾水對材料洗滌3次，再干燥、研磨，獲得呈粉末狀的Ag-TiO2抗菌材料。

1.2.2抗菌劑的制備

通過程序升溫和溶劑熱合成的方法，將制備的Ag-TiO2抗菌材料與沸石咪唑酯骨架（ZIF-8）復合，制備一種抗菌劑。

（1）用電子天平分別稱量2-甲基咪唑120.0 mg和六水合硝酸鋅477.8 mg，一起添加到36 mL二甲基甲酰胺（DMF）中，并進行混合攪拌30 min。再按照抗菌劑總質量的20%添加Ag-TiO2抗菌材料，混合均勻；

（2）將步驟（1）中的混合溶液放入反應釜中，按照5 ℃/min的升溫速率將溫度提高到150 ℃，然后保持該溫度1 d。之后，再按照0.5 ℃/min的降溫速率降溫至室溫。刮下黃色晶體，并進行母液離心處理；

（3）離心后，進行1次氯仿處理，之后再3次DMF洗滌處理，然后進行2次二氯甲烷處理；

（4）最后，將產物置于恒溫50 ℃的干燥箱中，進行干燥處理，再研磨，獲得呈粉末狀抗菌劑。

1.2.3聚乙烯醇膜材料的制備

將制備的抗菌劑與聚乙烯醇（PVA）復合，制備一種有抗菌效果的聚乙烯醇膜材料。

（1）將裝有200 mL水的燒瓶放到油浴鍋中，并將轉速設置為35 r/min，溫度提高到75 ℃。然后，添加一定量PVA，并將溫度升高到100 ℃，保持3 h；

（2）待燒瓶中物料自然冷卻到室溫后，按照聚乙烯醇膜材料總質量添加不同摻量的抗菌劑，攪拌均勻。之后進行20 h的靜置脫泡處理，并使用刮膜機進行制膜，獲得聚乙烯醇膜材料。

1.3性能測試

1.3.1力學性能

使用拉力機對聚乙烯醇膜材料進行測試，分析其拉伸強度。

1.3.2透氣性能

通過壓差法，使用透氣性能測試儀對聚乙烯醇膜材料進行測試。該測試的相對濕度和溫度分別為60 %、23 ℃。

1.3.3抗菌性能

該測試試樣為不同抗菌劑摻量的聚乙烯醇膜材料，空白試樣則為無抗菌劑的聚乙烯醇膜材料。測試試樣與空白試樣質量均為0.3 g ，且均與10 mL生理鹽水混合，并高壓滅菌處理30 min。然后，將活化后的金黃色葡萄球菌菌液在液體培養基中進行培養，并添加適量測試試樣或空白試樣。之后，對菌液濃度進行一定程度稀釋，采用固體培養基進行培養。最后，采用平板計數法，分析材料抗菌率情況。具體公式[12-13]：

R=A-BA×100%（1）

式中：R為抗菌率；A為空白試樣細菌數；B為測試試樣細菌數。

1.3.4熱穩定性

為探究該聚乙烯醇膜材料的熱穩定性情況，本試驗采用差示掃描量熱儀（DSC）對該材料試樣進行測試。

2結果與分析

2.1力學性能分析

圖1為聚乙烯醇膜材料拉伸強度的結果。

由圖1可知，隨著聚乙烯醇膜材料中的抗菌劑摻量從0.0%逐級增至2.0%，材料拉伸強度先迅速上升然后降低。對于無抗菌劑的空白聚乙烯醇膜材料試樣，其拉伸強度最小，為54.53 MPa。當摻入0.4%抗菌劑時，聚乙烯醇膜材料試樣的拉伸強度略微提高，為55.82 MPa，提升幅度僅為2.4%。在抗菌劑摻量繼續增多時，拉伸強度提升程度逐漸明顯，當抗菌劑摻量達到1.6%時，聚乙烯醇膜材料試驗的拉伸強度上升到最大值，為62.57 MPa，提升幅度為14.7%。但是，當抗菌劑摻量繼續增到2.0%時，拉伸強度開始下降為61.78 MPa。

2.2透氣性能分析

圖2為各聚乙烯醇膜材料的透氧量情況。

由圖2可知，當聚乙烯醇膜材料中的抗菌劑摻量增多時，透氧量逐漸增加。對于未添加抗菌劑的聚乙烯醇膜空白試樣，其透氧量最小，阻氧性能較強。當添加抗菌劑后，聚乙烯醇膜材料的透氧量明顯增加，阻氧性能下降。基于此，隨著抗菌劑摻量增多，聚乙烯醇膜材料透氣性能增強。

2.3抗菌性能分析

圖3為各聚乙烯醇膜材料的抗菌率情況。

由圖3可知，當聚乙烯醇膜材料中的抗菌劑摻量逐漸增多時，抗菌率呈現不斷提高的變化。當在聚乙烯醇膜材料中抗菌劑摻量為0.4%時，抗菌率提高到38.5%。當聚乙烯醇膜材料中的抗菌劑摻量為1.6%、2.0%時，抗菌率較大，分別為84.5%、99.7%。由此可見，隨著抗菌劑摻量的增多，聚乙烯醇膜材料抗菌性能增強。除此之外，ZIF-8作為一種有機金屬骨架，其中含有Zn2+和2-甲基咪唑，ZIF-8本身有著一定的抗菌性能。

2.4熱穩定性分析

圖4是經過DSC測試之后，各聚乙烯醇膜材料的玻璃化轉變溫度（Tg）情況。

由圖4可知，當聚乙烯醇膜材料中摻入的抗菌劑逐漸增多時，材料Tg呈現逐漸升高的現象，熱穩定性提高。對于無抗菌劑的聚乙烯醇膜空白試樣，其Tg僅為122.54 ℃。當聚乙烯醇膜材料中摻入的抗菌劑達到2.0%時，材料Tg升高到131.36 ℃。這說明，在聚乙烯醇膜材料中添加抗菌劑，可以提高其玻璃化轉變溫度，提高其熱穩定性。

2.5應用效果

2.5.1應用對象

為探究試驗中制備的聚乙烯醇膜材料實際應用效果，選取2022年1月～2023年1月本院收治的骨科創傷患者80例。采用隨機分組的方式將這80例骨科創傷患者分為對照組、觀察組，每組各40例。同時，在創面面積、創面部位、性別、年齡這些方面，2個組患者無差異。

2.5.2試驗方法

各組均先通過生理鹽水和醫用碘伏進行創面消毒等處理。對照組使用普通醫用敷料進行創面覆蓋處理，保持創面清潔。觀察組使用含有質量分數2.0%抗菌劑的聚乙烯醇膜材料作為敷料，進行創面覆蓋處理，保持創面清潔。其中，抗菌劑為Ag-TiO2結合ZIF-8的復合材料。在上述的基礎上，2個組都結合常規護理方法對患者進行護理。

2.5.3觀察指標與評價標準

（1）愈合效果。根據創面邊緣有無水泡或皮瓣壞死情況，分析創面愈合情況，分別評價為優、良、一般、差這4種標準;

（2）抗菌效果。在各組治療結束后，進行創面取材，并采用固體培養基培養菌落24 h，再進行菌落平板計數。

2.5.4試驗結果

采用摻量為2.0%抗菌劑的聚乙烯醇膜材料作為敷料，進行創面愈合和護理應用效果觀察試驗;具體結果如表1、表2所示。

由表1、表2可知，采用聚乙烯醇膜材料作為敷料的觀察組創面愈合情況較好，愈合優良率為77.50%。這比對照組的愈合優良率高，且2個組的創面愈合效果試驗結果差異有統計學意義（P＜0.05）。同時護理滿意度都較高，但2個組沒有統計學意義（P＞0.05）。另外，觀察組創面的金黃色葡萄球菌與大腸桿菌菌落數明顯低于對照組，且差異顯著（P＜0.05）。這表明，采用聚乙烯醇膜材料作為敷料的觀察組創面愈合效果以及抗菌效果均較好。因此，該聚乙烯醇膜材料在醫用外科方面具備應用價值。

3結語

（1）隨著抗菌劑摻量增多，聚乙烯醇膜材料拉伸強度先升后降。當抗菌劑為1.6%時，拉伸強度最大，為62.57 MPa，提升幅度為14.7%；

（2）當聚乙烯醇膜材料中的抗菌劑摻量增多時，材料透氣性能、抗菌性能以及熱穩定性提高；

（3）當摻入2.0%抗菌劑時，聚乙烯醇膜材料綜合性能較好。此時，拉伸強度為61.78 MPa、透氧量為3 832 cm3/（m2·d·Pa）、抗菌率達到99.7%、玻璃化轉變溫度為131.36 ℃。該聚乙烯醇材料在外科護理中創面愈合效果和抗菌效果均較好。

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