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      抗菌纖維的原理和應用

      抗菌纖維的原理和應用

      靜電紡絲法制備的纖維氈由納米級纖維無序堆積而成,具有多孔結構,因而具有較好的氣體通透性,有利于細胞的呼吸,不會導致傷口干裂;同時又因為是小孔結構,阻止了細菌的入侵和傷口的感染.這種新型的納米纖維氈相比傳統的紗布和繃帶具有更好的保持水分及氣體交換平衡的能力;

      易于制備多組分纖維材料[27].任何溶液只要具有一定的導電性、合適的黏度,在合適的條件下均可以進行靜電紡絲,因此便可以將多種組分進行混合,紡出多組分、形貌不同的纖維,這突破了傳統材料組成的單一性以及形貌的不可控性;

      多功能性.通過靜電紡絲可以將具有不同功能的材料制成一種復合的新型功能材料.可以將抗菌材料、組織修復材料等包覆于纖維基體中,這樣靜電紡絲的單層或同一種纖維氈就具有除抗菌以外的其他功能,并且可以減少因頻繁更換敷料而產生傷口的二次創傷;還可以將抗菌特性與藥物緩釋的特性結合,制備出具有抗菌特性的藥物緩釋材料;

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      生物模擬性.采用靜電紡絲技術制備的納米纖維氈用于傷口輔料時,模擬了細胞外基質的結構和生物功能[28].靜電紡絲過程使不同層的紡絲纖維呈二維無序排列,當纖維直徑在50——500nm,纖維氈可以模擬人體細胞外基質的物理結構.細胞外基質是所有組織中的非細胞組織,在傷口復合過程中起支架作用,促進形成新的細胞.細胞外基質具有一定的彈性,靜電紡絲制備的纖維氈具有一定的機械強度,可以達到細胞外基質的柔彈性.3 靜電紡絲抗菌纖維分類根據靜電紡絲技術制備的抗菌材料中抗菌劑的組成不同,可將其分為無機抗菌纖維、天然抗菌纖維、復合抗菌纖維3類.

      無機抗菌纖維在無機材料中,很多金屬或其氧化物都具有廣譜抗菌特性.無機型抗菌劑由于持久、耐洗滌、耐熱、耐酸堿、細菌不易產生抗藥性、對人體健康無毒無害等優點而被廣泛應用.具有代表性的是銀納米顆粒,通常添加量在6%——8%(質量分數)即可達到滅菌效果.靜電紡絲技術制備無機納米顆粒/聚合物纖維的方法主要有3種[29——31]:直接共混后靜電紡絲、溶膠——凝膠后靜電紡絲和前驅體原位生成法.原位生成法可以精確地控制添加抗菌劑的比例,并且避免直接共混引起的納米顆粒團聚以及溶膠凝——膠陳化時間過長的缺點.

      利用靜電紡絲法制備醋酸銀/PVA聚合物纖維膜,然后紫外照射后獲得包覆銀的纖維膜,利用濁度法分析得出銀含量5%的纖維膜(平均粒徑d=15.2nm)比銀含量1%(d=12.8nm)的纖維膜抗菌性能要差,表明纖維膜中銀顆粒越小,越容易從纖維膜中游離出來,在溶液中移動,提高殺菌效率.這種方法也證明了原位生成法可避免納米微粒的團聚現象.汪林飛等[33]在聚丙烯腈溶液中,首先以茶多酚為還原劑,采用原位還原法制備納米銀顆粒前驅體;然后通過靜電紡絲技術制備添加Ag納米顆粒的PAN紡絲纖維.在圖2a和2c中可以觀察到負載于PAN納米纖維上的Ag納米顆粒為球形且分散性好,顆粒平均尺寸約為4.27nm.在微生物抗菌實驗中,大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌帶寬度分別為2.8和3.1mm;根據抗菌性能的評判標準,Ag納米顆粒/PAN納米纖維具有較好的抗菌效果.DUAN等[34]以聚己內酯作為溶劑,摻銀離子的磷酸鋯AgZ(Ag0.16Na0.84Zr2(PO4)3)作為溶質,進行靜電紡絲,獲得的纖維具有極好的抗菌性能,微生物抗菌測試顯示其對金黃色葡萄球菌的抑菌率達到99.27%,對大腸桿菌的達到98.44%,具有很高的抑菌率;在皮膚成纖維細胞培養測試中,成纖維細胞可以在包含納米AgZ的纖維氈上正常吸附和增殖,證明了包含納米AgZ靜電紡絲抗菌纖維氈具有良好的生物相容性.隨著無機抗菌劑的發展,TiO2受到廣泛的關注與研究.TiO2在光催化條件下即可分解細菌和污染物,且化學性質穩定、安全無毒性,成為最具有開發前景的綠色環保納米抗菌材料之一,具有較大的應用價值.HEM等[35]將P25(80%銳鈦礦,20%金紅石礦)直接加入至尼龍——6紡絲液,通過靜電紡絲法制備了含TiO2的尼龍——6納米抗菌纖維.WU等[36]研究了將預先制備的TiO2NPs添加到聚乳酸——羥基乙酸(PLGA)電紡液中,制備了具有抗菌性能的生物相容性纖維膜.采用靜電紡絲技術制備的無機抗菌纖維材料,雖然采用原位法可以避免納米顆粒的團聚,提高納米顆粒的分散性,促使在抗菌作用過程中納米顆粒更容易與細胞相互作用,達到殺死細菌或抑制細菌繁殖的效果.但靜電紡絲技術容易引入雜質,包括還原劑、未修飾在納米顆粒表面的表面活性劑和反應副產物雜質,從而影響抗菌特性,甚至對抗菌性能有所削弱.

      天然抗菌纖維靜電紡絲在天然高分子材料中的應用一直受到高分子聚電解質效應的限制,因而該領域研究有局限性.目前,可用于靜電紡絲方法制備纖維的天然高分子主要有多糖類生物高分子、蛋白類生物高分子,而具有抗菌作用的主要是多糖類高分子材料.在制備天然抗菌纖維膜研究工作中主要以殼聚糖為代表,殼聚糖是由甲殼素再加工制備而成的,其分子結構為線性大分子,具有生物相容性、抗菌性、透氣性和生物可降解性,改性的殼聚糖還具有雙親特性.基于這些特性,殼聚糖一直是學者們[37——38]研究的熱點,但殼聚糖在靜電紡絲技術中的應用一直受到殼聚糖溶解性的限制,單一的殼聚糖進行靜電紡絲對溶劑有嚴格的要求,VRIEZE等首先在乙酸[39]或三氟乙酸[40——41]為溶劑條件下進行單一殼聚糖靜電紡絲,該方法獲得的靜電紡絲纖維均具有抗菌效果.在單一殼聚糖溶解性問題困擾下,研究者采用殼聚糖衍生物—季銨鹽殼聚糖作為靜電紡絲溶質.季銨鹽殼聚糖具有較好的溶解性,并且也具有比殼聚糖更好的抗菌特性[42],采用水或者PVP作為溶劑進行靜電紡絲,獲得的纖維氈對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌均具有抗菌作用

      通過靜電紡絲法制備出一種用于傷口敷料的膠原/殼聚糖電紡納米纖維膜,對成纖維原細胞的生長無影響,纖維膜沒有顯示出細胞毒性,表明其具有良好的體外生物相容性;動物實驗結果顯示出比商用膠原質海綿敷料有更好的傷口愈合效果.由于天然材料固有的生物特性,在抗菌纖維的生物相容性、可降解性等方面具有不可替代的作用,因此靜電紡絲天然抗菌纖維成為了研究的熱點,在工業生產中也占有一定的比例,但天然抗菌劑的耐熱性能較差,藥效期較短,并且一般都為生物大分子,具有較高的相對分子質量[45],其在靜電紡絲液的溶解性是一個需要解決的問題.目前可用的高效抗菌性天然抗菌劑種類較少,發現新的、高效的抗菌劑是該領域發展的方向GwKb9F

      此文摘至《工業用布網-www.oxfordfabrics.com

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