抗菌水溶性甲壳素纤维素共混膜的制备及性能研究
摘要：
将水溶性甲壳素与用氢氧化钠-尿素-硫脲体系溶解的纤维素共混制膜。红外光谱、扫描电镜、透射比分析表明，当水溶性甲壳素含量达到10~15%时，水溶性甲壳素与纤维素具有较好的相容性。共混膜的吸湿率和保湿率分别达到32%和55%左右，并具有良好的抗菌性。
关键词：纤维素；水溶性甲壳素；相容性；吸湿保湿性；抗菌性
壳聚糖可促进伤口愈合，但其刚性结构使它们不溶于水，阻碍了与伤口的相互作用，脱乙酰度50%左右的甲壳素（水溶性甲壳素）可溶于水，与伤口充分作用，促进伤口愈合更有效[1]。传统上，纤维素纤维的生产以粘胶法为主，工艺流程复杂，污染严重[2~4]。研究发现，低温冷冻条件下[5~7]，氢氧化钠-尿素-硫脲体系能溶解纤维素，并可纺制成纤维，该工艺克服了粘胶法生产纤维的缺点。
本实验将水溶性甲壳素与用氢氧化钠-尿素-硫脲体系溶解的纤维素共混制膜，所制膜具有较好的吸湿、保湿性，可自然降解，抗菌持久的特点[8-10]。因此，该膜可用于止血、保湿、促进伤口愈合等功能的新型敷料。
1 实验
1.1 实验原料、药品及仪器
1.1.1 实验原料及药品
棉浆粕（DP=680，α-纤维素含量≥90%，山东雅美纤维有限公司）；氢氧化钠（C.P.， 天津市博迪化工有限公司）；尿素（A.R.，莱阳市化工实验厂）；硫脲（A.R.，莱阳市双双化工有限公司）；水溶性甲壳素（水分≤10%，灰分≤10%，浅黄色片状固体，山东奥康生物科技有限公司）。
1.1.2 实验仪器
FT-IR200 傅立叶变换红外光谱仪（美国Thermo Nicolet 公司）；JSM-840 扫描电子显微镜（日本JEOL 公司）；UV-1700 型紫外分光光度计（日本岛津公司）；DH3600 型电热恒温培养箱（天津泰斯特仪器有限公司）；KYQS 小型压力蒸汽灭菌器（淄博康元卫生器材有限公司）。
1.2 水溶性甲壳素/纤维素共混膜的制备
将氢氧化钠、尿素、硫脲含量分别为8%、8%、6.5%的溶液，放入冰箱，降温至-8℃左右，加入棉浆粕，搅拌5~10min，然后加入不同含量的水溶性甲壳素，继续搅拌形成稳定、均一的共混体系，脱泡，然后用两端系铜丝的平直玻璃管在洁净的玻璃板上刮膜，放入5%Na2SO4/H2SO4 凝固液中约5min，取下膜，用蒸馏水冲洗，晾干，干膜保存在干燥器中，根据共混膜中水溶性甲壳素重量百分含量0%、5%、10%、15%、20%、25%，将膜编号为C0、C1、C2、C3、C4、C5。
1.3 共混膜相容性的表征
1.3.1 FT-IR
用FT-IR200傅立叶变换红外光谱仪，对膜进行全反射测试，记录其红外光谱图。
1.3.2 SEM
用JSM－840扫描电子显微镜观察共混膜的表面形貌，样品膜截面真空喷金后拍照。
1.3.3 透光率
用 UV-1700 型紫外光谱仪于波长为200~600nm 范围内，对共混膜进行透光率测试。
1.4 共混膜的吸湿、保湿性测试
[11]将样品放在装有五氧化二磷的干燥器干燥48h，进行吸湿、保湿性测试。
吸湿实验：准确称量0.5g 样品置于直径为4cm 的广口称量瓶，将称量瓶置于控温20℃，装有碳酸钾饱和水溶液的干燥器内，吸湿率计算式为：Ra 100 (Wn Wo)Wo其中，Wn 和Wo 分别为放置48h 前后样品的质量。
保湿实验：准确称量0.5g 含10%水分的样品，放入直径为4cm 广口称量瓶，将称量瓶置于预先装有硅胶，控温在20℃的干燥器内。保湿率计算式为：
Rh% 100 Hn Ho= ×其中， Hn 和Ho 分别为放置48h 前后样品中水分的质量。
1.5 共混膜的抗菌性测试
把预先经活化的 1mL 菌悬液（含菌量约1×106 个）加入固体培养基平皿上涂布均匀，再用无菌镊子夹取经紫外灯灭菌后的膜片贴在各种含菌平皿上，并用放置于无菌培养基的膜片作对照，然后将各皿置37℃恒温培养24h 后，测量抑菌圈直径（D）。
2 结果与讨论
2.1 共混膜的相容性
2.1.1 FT-IR
由图1 可知，纤维素的红外谱图在3440cm-1 处宽而强的吸收峰是纤维素分子上的缔合羟基产生的吸收，2895cm-1 处为C-H 的伸缩振动吸收峰。添加水溶性甲壳素后，相对于纤维素羟基处的吸收峰强度减弱，峰型变宽，且随着水溶性甲壳素含量的增加，明显向高波数方向发生了位移。说明共混膜中两种物质之间产生了一定的相互作用，证明了水溶性甲壳素和纤维素的相容性。
2.1.2 透射比
共混体系的透明性与体系的相容性密切相关，相容性好共混体系透明性高，即在一定波长的透射比高；相反，共混体系中两相的相容性差，在两相界面中光的散射和反射强烈，因而透射比偏低。为此采用测定水溶性甲壳素/纤维素共混膜在200~800nm 波长下的透射比来表征二者的相容性，如图2 所示。
由图2 知，当水溶性甲壳素含量增加到15%时，共混膜的透射比均大于80%，且在800nm处，达到最大值。继续增加水溶性甲壳素的含量，随着波长的增加，膜的透射比明显降低，均小于80%。
2.1.3 SEM
用SEM 观察不同混合比的水溶性甲壳素/纤维素膜的截面形貌，如图3 所示。
由图3 可知，原始纤维素膜光滑平整，当添加5%水溶性甲壳素时，膜表面出现固体小颗粒，可能是未溶解的部分水溶性甲壳素。继续增加水溶性甲壳素的用量，共混膜光滑平整，不分相，说明两种物质相容性较好。当水溶性甲壳素含量达到20%时，膜的平整性下降，出现分相现象，当用量达到25%时，膜出现破裂，并有大量未溶解的水溶性甲壳素沉积在膜表面。因此，当水溶性甲壳素含量为10%~15%时，两种物质的相容性较好。
2.2 共混膜的吸湿、保湿性能
对不同含量的水溶性甲壳素的共混膜进行吸湿和保湿性测定，结果如图 4 所示。
由图4 可知，随着水溶性甲壳素含量的增加，共混膜的吸湿率和保湿率增加。当水溶性甲壳素的含量大于15%时，增加趋势减慢，说明共混膜具有较好的吸湿和保湿性。原因可能是加入水溶性甲壳素后，易和水分子之间形成氢键，从而使共混膜具有较强的吸湿性。同时，水溶性甲壳素分子发生缠绕和聚集，对水的挥发有阻碍作用，使共混膜又具有一定的保湿作用。
2.3 共混膜的抗菌性研究
金黄色葡萄球菌是临床感染的创面分泌物培养分离菌株中最为常见的菌种之一，大肠杆菌是人和许多动物肠道中最主要且数量最多的一种细菌，侵入人体某些部位时，可引起感染，甚至是致命的。因此，实验中选用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌作为受试菌对水溶性甲壳素/纤维素共混膜的抗菌性进行研究，结果如表1 所示。
由表1 可知，随着共混膜中水溶性甲壳素含量的增加，所对应的两种细菌的抑菌圈直径增加，且共混膜对大肠杆菌的敏感性好于金黄色葡萄球菌。表明采用水溶性甲壳素与纤维素制备的共混膜，具有较好的抗菌性。
3 结论
3.1 当水溶性甲壳素的含量为10~15%时，共混体系中水溶性甲壳素和纤维素的具有较好的相容性。
3.2 水溶性甲壳素/纤维素共混膜的吸湿率和保湿率可分别达到32%和55%左右，同时具有较好的抗菌性。
