纳米银原位复合壳聚糖薄膜型抗菌敷料研究_图文

1、纳米银原位复合壳聚糖薄膜型抗菌敷料研究许海棠,马列,高长有*高分子合成与功能构造教育部重点实验室浙江大学高分子科学与工程学系,浙江杭州(310027E-mail:cygao摘要:在壳聚糖薄膜表面吸附银离子。采用光还原技术,在薄膜表面原位生成分布均匀的纳米银粒子,构建一种壳聚糖/纳米银复合薄膜。研究了银离子在壳聚糖薄膜表面的吸附行为,并采用EDAX能谱仪和扫描电子显微镜(SEM对还原前后的壳聚糖/纳米银薄膜进行了表征。采用抑菌圈实验研究了薄膜的抗菌性能,结果证明壳聚糖/纳米银复合薄膜具有良好的抗菌性能。关键词:壳聚糖,纳米银,抗菌,敷料1. 引言皮肤是人体的重要器官,是机体与外界的天然屏障与沟通

2、的桥梁。皮肤可以避免机体内水分和电解质等物质的流失,保护机体免受外界环境中的辐射、化学物质、细菌以及病毒的直接危害。同时,通过代谢皮肤可以调节机体内部水分和其它物质的平衡,调节人体体温,并起到感知外界信息的作用。由于烧伤、创伤和皮肤溃疡等原因,可能导致皮肤组织的大面积缺损。皮肤缺损容易造成细菌感染、体液流失,并引起各种并发症。在进行自体皮或其他永久性人工皮肤移植前,临时性敷料能有效防止创面感染和脱水,在创面处维持有利于愈合的湿润环境,起到创面保护的作用 1。近年来,壳聚糖作为一种天然生物材料,被广泛应用于创面敷料、可吸收手术缝合线、缓释药物载体、酶固定、抗凝血剂以及眼科材料等领域。壳聚糖具有一

3、定的抗菌作用,其基本原理是通过在细菌体内吸附带阳离子的细胞质,干扰菌体代谢,阻断细菌对营养物质的吸收,从而实现其抗菌作用2。然而,壳聚糖的抗菌性受分子量和pH值影响。寡聚糖和低分子量的壳聚糖的抑菌效果较好,随分子量上升,壳聚糖的抗菌效果逐渐下降。据研究报道,壳聚糖对金属离子具有较强的鳌合作用3。本研究利用壳聚糖对银离子的鳌合作用,通过紫外光还原,在壳聚糖薄膜表面原位生成分布均匀的纳米银颗粒,利用壳聚糖和纳米银的协同抗菌作用,构建一种新型的薄膜型抗菌敷料4。2. 实验部分2.1 试剂及仪器主要试剂:壳聚糖购自浙江玉环海洋生物有限公司,脱乙酰度>95%,相对分子质量为6.1×105

4、。乙酸、硝酸银购自杭州化学试剂厂,分析纯,直接使用。大肠杆菌菌株购自杭州天和微生物公司,直接使用。营养肉汤、水解酪蛋白琼脂(MH琼脂培养基购自杭州天和微生物公司,灭菌后使用。实验仪器:200W紫外灯,紫外-可见吸收光谱仪(UV-2550,Shimadzu,扫描电子显微镜(SEM,SIRION,EDAX能谱仪(GENESIS-4000。2.2 壳聚糖薄膜的制备称取一定量的壳聚糖,将其溶于3%的乙酸溶液中配成2wt%的壳聚糖溶液,用G-2砂心漏斗滤去其中不溶物,得到淡黄色透明粘稠溶液。移取6ml滤液,浇铸在有机玻璃模具中, 50下干燥5h成膜。然后,将浇铸的薄膜于1M的NaOH溶液中浸泡5min,

5、取出后真空烘箱35烘干备用。2.3 壳聚糖/纳米银薄膜敷料的制备将壳聚糖薄膜于室温下浸泡于0.1M硝酸银溶液中。30min后取出,用氮气吹干。然后,将吸附了硝酸银的薄膜置于200W紫外灯下照射15min,即可获得壳聚糖/纳米银薄膜。所制得样品避光保存。2.4 银离子在壳聚糖薄膜表面的吸附行为将壳聚糖薄膜浸泡在0.1M硝酸银溶液中,每隔一定的时间将薄膜取出,用紫外-可见吸收光谱测定硝酸银溶液在330nm处的吸光度。通过测定吸附不同时间后硝酸银溶液的吸光度值,获得银离子在壳聚糖薄膜表面的吸附行为及其饱和吸附时间。2.5 壳聚糖/纳米银薄膜表征采用EDAX能谱仪,检测壳聚糖薄膜中银的存在。采用扫描电

6、子显微镜比较还原前后壳聚糖/纳米银薄膜的形貌。2.6 壳聚糖/纳米银薄膜的抗菌性能评价采用细菌培养液扩增菌株,并制备MH培养板备用。采用常规抑菌圈法表征敷料的抗菌性能。用消毒棉棒蘸取一些大肠杆菌悬液,均匀涂在预先准备好的MH琼脂板上,每次转动培养皿60°,重复4次,最后再在培养盘四周刮涂3次,以保证涂菌均匀。将含菌的培养皿静置5min左右,使得所有悬液均被琼脂吸收。再将经过消毒处理的含纳米银壳聚糖薄膜及其对照样贴在MH琼脂板上。每个样品的间距大于20mm,且样品离培养盘边界亦需大于15mm。将培养盘置于37的恒温摇床内培养,隔一定时间观察抑菌圈的大小,以评价样品的抗菌性能。3. 结果

7、与讨论3.1壳聚糖/纳米银薄膜表征图1是硝酸银溶液的吸光度值随壳聚糖薄膜浸泡时间的变化曲线。由图可见,随着壳聚糖薄膜在硝酸银溶液中浸泡时间的延长,硝酸银溶液中的银离子浓度逐渐降低,并呈现一个先快后慢的变化规律。当壳聚糖薄膜的浸泡时间延长至30分钟左右,进一步延长浸泡时间对硝酸银溶液的吸光度值无明显的影响。由此可知,银离子在壳聚糖薄膜表面的饱和吸附的时间约为30min。因此,本文在制备壳聚糖/纳米银薄膜时,将其浸泡时间控制为30min,以保证壳聚糖薄膜表面吸附的银离子的量最大。 010203040501.751.801.851.901.952.002.05A b s a t 330n m Tim

8、e (min图1 溶液中硝酸银的吸光度值随壳聚糖薄膜浸泡时间的变化曲线图2为紫外光还原前后壳聚糖薄膜的SEM 图像。由图可见,硝酸银的吸附与否,对壳聚糖薄膜的表面形貌无明显影响(图2a ,b 。经过紫外光还原后,在壳聚糖表面可观察到大量均匀分布的直径在50-100nm 的颗粒状物质(图2c 。EDAX 能谱图上可见明显的银元素的峰,说明壳聚糖薄膜表面颗粒状物质正是紫外光还原形成的银纳米粒子(图3。银离子极易被还原,常用的还原方法有化学还原、电化学还原及光化学还原等。在有机物基质中,银离子的光还原机理一般认为是在光照条件下,有机物产生的自由基使得银离子被还原。光还原前,由于配位作用,银离子均匀地

9、分布于壳聚糖薄膜表面。在紫外光作用后,银离子被还原形成银粒子核,同时由于局部相区内高弹态的壳聚糖大分子的热运动,使得银粒子核聚集成更大粒子的纳米银粒子。由于高分子网络的空间位阻作用,纳米银粒子的进一步团聚受到限制,粒子的聚集只发生在局部相区内。从而使纳米银颗粒的尺寸控制在一定范围内4。(a (a (b (c图2 紫外光还原前后的壳聚糖薄膜的SEM图。(a未吸附硝酸银(b吸附硝酸银后;(b紫外光还原后 图3 壳聚糖薄膜中吸附银离子并光照后的EDAX3.2壳聚糖/纳米银薄膜的抗菌性能本研究采用抑菌圈法评价壳聚糖/纳米银薄膜的抗菌效果。图4为不同样品放置于培养了大肠杆菌的培养皿中24h后的宏观照片。

10、由图可见,纯壳聚糖薄膜周围未见明显的抑菌圈存在,说明纯壳聚糖薄膜对大肠杆菌无明显的抑止作用。(图4a。在磺胺嘧啶银(AgSD纱布周围可见抑菌圈的存在,但抑菌圈的尺度有限,其抑菌效果有限(图4b。壳聚糖/纳米银薄膜周围可见明显的抑菌圈存在,而且其抑菌直径大于磺胺嘧啶银纱布,说明壳聚糖/纳米银薄膜具有比磺胺嘧啶银纱布更好的抗菌性能(图4c。 图4壳聚糖/纳米银薄膜抑菌圈实验的宏观照片。a: 纯壳聚糖薄膜,b: 磺胺嘧啶银纱布c: 壳聚糖/纳米银薄膜4. 结论本文采用光还原技术,构建了一种壳聚糖/纳米银薄膜。硝酸银在壳聚糖薄膜表面的饱和吸附时间约30min。紫外光还原后,壳聚糖薄膜表面均匀分布了大量

11、尺寸在50-100纳米的银颗粒。体外抑菌圈实验证明,壳聚糖/纳米银薄膜具有良好的抗菌性能,其抗菌效果要好于纯壳聚糖和磺胺嘧啶银纱布。参考文献1 陈煜,窦桂芳,罗运军,谭惠民. 甲壳素和壳聚糖在伤口敷料中的应用. 高分子通报,2005,2(1: 94-101.2 朱爱民,李振玲,杜平华. 壳聚糖体外抗菌活性的研究. 海峡药学,2001,13(4: 3-4.3 湛学军,熊远珍,谢大泽. 羧甲基壳聚糖银的合成及抑菌实验的研究. 国生化药物杂志,2001,22(3:142-144.4 姚素薇,刘恒权,张卫国,王宏智,郑长峰. 在线性壳聚糖膜内原位还原制备银纳米粒子及银单晶体. 物理化学学报,2003,

12、19(5: 64-68.A chitosan/ silver nanoparticle hybrid film as a wounddressing with enhanced anti-bacterial propertyHaitang Xu, Lie Ma, Changyou Gao *Department of Polymer Science and Engineering, Zhejiang UniversityKey Laboratory of Macromolecular Synthesis and Functionalization,Ministry of Education,H

13、angzhou 310027E-mail:cygaoAbstractA chitosan/ silver nanoparticle hybrid film was fabricated by in situ photo-reduction of the silver iron pre-adsorbed chitosan film. The chitosan/ silver nanoparticle films before and after photo- reduction were characterized by energy dispersive analysis of X-rays (EDAX and scanning electron microscopy (SEM. The antibacterial property of the hybrid film