利用二醛木聚糖一锅法制备纳米银抗菌水凝胶

抗菌水凝胶是我们日常生活中最常见的伤口敷料之一。理想的抗菌水凝胶伤口敷料除了需要具备优异的抗菌性，还必须有较好的生物相容性。当前，银纳米粒子（Silvernanoparticles，AgNPs）已经成为水凝胶伤口敷料中重要的抗菌剂。然而，AgNPs在抗菌水凝胶的实际制备和应用中，较易发生絮聚、分散不稳定均匀以及粒径较大等问题，极大影响了水凝胶的抗菌效果，这些是AgNPs作为有效抗菌剂用于抗菌水凝胶亟待解决的关键问题。木聚糖是自然界中含量仅次于纤维素的天然植物多糖，其链上丰富的羟基为木聚糖的化学改性提供了各种可能的机会。其中，木聚糖氧化后得到的二醛木聚糖（DAX）具有低毒和富含醛基活性基团的特性，可将其作为绿色交联剂用于抗菌水凝胶的制备。此外，DAX还具有较强的还原性，可将其作为有效的还原剂从银氨溶液中通过银镜反应快速还原出AgNPs。这些为解决上述AgNPs水凝胶制备应用中所存在的问题提供了新的思路。为此，本文以DAX为还原剂、交联剂和稳定剂，以具有较好生物相容性的羧甲基壳聚糖（CMCS）和聚乙烯醇（PVA）为水凝胶基质，设计了一种以AgNPs为主要抗菌剂的壳聚糖抗菌水凝胶制备方案，其中，DAX作为交联剂与CMCS/PVA/银氨溶液混合液中的CMCS发生交联反应并通过冻融形成双网络CMCS-PVA水凝胶，同时作为还原剂从银氨溶液中快速还原出AgNPs，并均匀分散于CMCS-PVA水凝胶中。通过该方案，成功的将AgNPs粒径控制在较小的尺寸范围内，提高了AgNPs在水凝胶中的分散稳定性，有效解决了AgNPs的絮聚问题，继而赋予了水凝胶优异的抗菌能力且具有较低的细胞毒性。摘要：利用二醛木聚糖（DAX）可与羧甲基壳聚糖（CMCS）及银氨溶液同时反应的特性，以聚乙烯醇（PVA）为结构稳定剂，一锅法制备了具有优异抗菌性能的CMCS/PVA纳米银抗菌水凝胶。采用FTIR、TGA、TEM、XRD和SEM对DAX，纳米银粒子（SNPs）和水凝胶的形貌、结构进行了表征。结果表明，DAX在整个反应中起到了双功能作用，成功地与CMCS和PVA发生反应，共同构成了双网络结构的水凝胶，提高了水凝胶的热稳定性及力学性能。DAX在室温条件下能快速还原出SNPs，SNPs粒径在20~80nm之间，具有较好的分散性。SNPs的参与使CMCS/PVA水凝胶对大肠杆菌和金色葡萄球菌抗菌效果显著提高。此外，制备的水凝胶具有良好的细胞相容性，其对L929细胞的细胞相对存活率都在95%以上。结论利用DAX的双重功能性，作为交联剂与CMCS和PVA进行交联的同时，发生银镜反应将银氨溶液中的SNPs还原出来并均匀分布，一锅法制备了具有良好抗菌性能、热稳定性、力学性能的水凝胶。其中，木聚糖的氧化度高达90%以上，为交联反应和还原SNPs提供了大量的醛基；还原出的SNPs粒径在20~80nm之间，并且均匀分散在水凝胶体系中，因此极大提高了水凝胶的抗菌性能；DAX的最佳用量为0.1mL（质量浓度30g/L），CMCS与PVA经过冻融形成了互穿聚合物网络结构，从而增强水凝胶的机械性能和热稳定；最后，SNPs的参与使CMCS/PVA水凝胶对大肠杆菌和金色葡萄球菌抗菌效