无机抗菌纤维的原理和应用

２０１６年这非常有利于隔绝外界水分杂质的污染，同时吸收伤口流出的液体，保持伤口处于较为干燥的环境，阻止伤口感染；　　静电纺丝法制备的纤维毡由纳米级纤维无序堆积而成，具有多孔结构，因而具有较好的气体通透性，有利于细胞的呼吸，不会导致伤口干裂；同时又因为是小孔结构，阻止了细菌的入侵和伤口的感染．这种新型的纳米纤维毡相比传统的纱布和绷带具有更好的保持水分及气体交换平衡的能力；　　易于制备多组分纤维材料［２７］．任何溶液只要具有一定的导电性、合适的黏度，在合适的条件下均可以进行静电纺丝，因此便可以将多种组分进行混合，纺出多组分、形貌不同的纤维，这突破了传统材料组成的单一性以及形貌的不可控性；　　多功能性．通过静电纺丝可以将具有不同功能的材料制成一种复合的新型功能材料．可以将抗菌材料、组织修复材料等包覆于纤维基体中，这样静电纺丝的单层或同一种纤维毡就具有除抗菌以外的其他功能，并且可以减少因频繁更换敷料而产生伤口的二次创伤；还可以将抗菌特性与药物缓释的特性结合，制备出具有抗菌特性的药物缓释材料；　　生物模拟性．采用静电纺丝技术制备的纳米纤维毡用于伤口辅料时，模拟了细胞外基质的结构和生物功能［２８］．静电纺丝过程使不同层的纺丝纤维呈二维无序排列，当纤维直径在５０——５００ｎｍ，纤维毡可以模拟人体细胞外基质的物理结构．细胞外基质是所有组织中的非细胞组织，在伤口复合过程中起支架作用，促进形成新的细胞．细胞外基质具有一定的弹性，静电纺丝制备的纤维毡具有一定的机械强度，可以达到细胞外基质的柔弹性．３　静电纺丝抗菌纤维分类根据静电纺丝技术制备的抗菌材料中抗菌剂的组成不同，可将其分为无机抗菌纤维、天然抗菌纤维、复合抗菌纤维３类．　　无机抗菌纤维在无机材料中，很多金属或其氧化物都具有广谱抗菌特性．无机型抗菌剂由于持久、耐洗涤、耐热、耐酸碱、细菌不易产生抗药性、对人体健康无毒无害等优点而被广泛应用．具有代表性的是银纳米颗粒，通常添加量在６％——８％（质量分数）即可达到灭菌效果．静电纺丝技术制备无机纳米颗粒／聚合物纤维的方法主要有３种［２９——３１］：直接共混后静电纺丝、溶胶——凝胶后静电纺丝和前驱体原位生成法．原位生成法可以精确地控制添加抗菌剂的比例，并且避免直接共混引起的纳米颗粒团聚以及溶胶凝——胶陈化时间过长的缺点．　　利用静电纺丝法制备醋酸银／ＰＶＡ聚合物纤维膜，然后紫外照射后获得包覆银的纤维膜，利用浊度法分析得出银含量５％的纤维膜（平均粒径ｄ＝１５．２ｎｍ）比银含量１％（ｄ＝１２．８ｎｍ）的纤维膜抗菌性能要差，表明纤维膜中银颗粒越小，越容易从纤维膜中游离出来，在溶液中移动，提高杀菌效率．这种方法也证明了原位生成法可避免纳米微粒的团聚现象．汪林飞等［３３］在聚丙烯腈溶液中，首先以茶多酚为还原剂，采用原位还原法制备纳米银颗粒前驱体；然后通过静电纺丝技术制备添加Ａｇ纳米颗粒的ＰＡＮ纺丝纤维．在图２ａ和２ｃ中可以观察到负载于ＰＡＮ纳米纤维上的Ａｇ纳米颗粒为球形且分散性好，颗粒平均尺寸约为４．２７ｎｍ．在微生物抗菌实验中，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌带宽度分别为２．８和３．１ｍｍ；根据抗菌性能的评判标准，Ａｇ纳米颗粒／ＰＡＮ纳米纤维具有较好的抗菌效果．ＤＵＡＮ等［３４］以聚己内酯作为溶剂，掺银离子的磷酸锆ＡｇＺ（Ａｇ０．１６Ｎａ０．８４Ｚｒ２（ＰＯ４）３）作为溶质，进行静电纺丝，获得的纤维具有极好的抗菌性能，微生物抗菌测试显示其对金黄色葡萄球菌的抑菌率达到９９．２７％，对大肠杆菌的达到９８．４４％，具有很高的抑菌率；在皮肤成纤维细胞培养测试中，成纤维细胞可以在包含纳米ＡｇＺ的纤维毡上正常吸附和增殖，证明了包含纳米ＡｇＺ静电纺丝抗菌纤维毡具有良好的生物相容性．随着无机抗菌剂的发展，ＴｉＯ２受到广泛的关注与研究．ＴｉＯ２在光催化条件下即可分解细菌和污染物，且化学性质稳定、安全无毒性，成为具有开发前景的绿色环保纳米抗菌材料之一，具有较大的应用价值．ＨＥＭ等［３５］将Ｐ２５（８０％锐钛矿，２０％金红石矿）直接加入至尼龙——６纺丝液，通过静电纺丝法制备了含ＴｉＯ２的尼龙——６纳米抗菌纤维．ＷＵ等［３６］研究了将预先制备的ＴｉＯ２ＮＰｓ添加到聚乳酸——羟基乙酸（ＰＬＧＡ）电纺液中，制备了具有抗菌性能的生物相容性纤维膜．采用静电纺丝技术制备的无机抗菌纤维材料，虽然采用原位法可以避免纳米颗粒的团聚，提高纳米颗粒的分散性，促使在抗菌作用过程中纳米颗粒更容易与细胞相互作用，达到杀死细菌或抑制细菌繁殖的效果．但静电纺丝技术容易引入杂质，包括还原剂、未修饰在纳米颗粒表面的表面活性剂和反应副产物杂质，从而影响抗菌特性，甚至对抗菌性能有所削弱．　　天然抗菌纤维静电纺丝在天然高分子材料中的应用一直受到高分子聚电解质效应的限制，因而该领域研究有局限性．目前，可用于静电纺丝方法制备纤维的天然高分子主要有多糖类生物高分子、蛋白类生物高分子，而具有抗菌作用的主要是多糖类高分子材料．在制备天然抗菌纤维膜研究工作中主要以壳聚糖为代表，壳聚糖是由甲壳素再加工制备而成的，其分子结构为线性大分子，具有生物相容性、抗菌性、透气性和生物可降解性，改性的壳聚糖还具有双亲特性．基于这些特性，壳聚糖一直是学者们［３７——３８］研究的热点，但壳聚糖在静电纺丝技术中的应用一直受到壳聚糖溶解性的限制，单一的壳聚糖进行静电纺丝对溶剂有严格的要求，ＶＲＩＥＺＥ等首先在乙酸［３９］或三氟乙酸［４０——４１］为溶剂条件下进行单一壳聚糖静电纺丝，该方法获得的静电纺丝纤维均具有抗菌效果．在单一壳聚糖溶解性问题困扰下，研究者采用壳聚糖衍生物—季铵盐壳聚糖作为静电纺丝溶质．季铵盐壳聚糖具有较好的溶解性，并且也具有比壳聚糖更好的抗菌特性［４２］，采用水或者ＰＶＰ作为溶剂进行静电纺丝，获得的纤维毡对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均具有抗菌作用　　通过静电纺丝法制备出一种用于伤口敷料的胶原／壳聚糖电纺纳米纤维膜，对成纤维原细胞的生长无影响，纤维膜没有显示出细胞毒性，表明其具有良好的体外生物相容性；动物实验结果显示出比商用胶原质海绵敷料有更好的伤口愈合效果．由于天然材料固有的生物特性，在抗菌纤维的生物相容性、可降解性等方面具有不可替代的作用，因此静电纺丝天然抗菌纤维成为了研究的热点，在工业生产中也占有一定的比例，但天然抗菌剂的耐热性能较差，药效期较短，并且一般都为生物大分子，具有较高的相对分子质量［４５］，其在静电纺丝液的溶解性是一个需要解决的问题．目前可用的高效抗菌性天然抗菌剂种类较少，发现新的、高效的抗菌剂是该领域发展的方向GwKb9FzTx