壳聚糖基载银电纺纳米纤维膜的制备及性能研究

摘要

壳聚糖(CS)是自然界中唯一天然存在的碱性多糖，其本身无毒性和免疫原性，具有广谱抗菌和强效凝血作用，具有良好的生物相容性和生物可降解性，能够促进创面愈合和组织修复再生，是一种重要的医用材料。
　　壳聚糖基静电纺纳米纤维兼具纳米纤维直径小、比表面积大、孔隙率高的结构特点和壳聚糖材料良好的生物医学性能，同时，将银离子或银纳米粒子引入壳聚糖基静电纺纳米纤维中，利用壳聚糖和银的协同抗菌作用，可以增强材料的抗菌性能。该纤维膜在医用敷料领域具有潜在的医用前景。
　　本文以CS和聚氧化乙烯(PEO)为原料、分别以50％乙酸和90％乙酸为溶剂，以硝酸银为前驱体，制备CS/PEO共混纺丝液和Ag-CS/PEO共混纺丝液，并进行静电纺丝成型。通过扫描电镜(SEM)观察纤维的形貌并统计纤维直径分布，分析了溶液参数（纺丝液浓度、溶剂浓度、CS/PEO组分比）和纺丝工艺参数（电压、接收距离、推注速度）对纤维形貌的影响，确定了共混纺丝体系和纺丝工艺参数。研究结果表明，CS/PEO的在组分比为75/25和90/10下可纺，在此组分比条件下最优纺丝工艺条件为:90％乙酸作溶剂、纺丝液浓度4wt％、推注速度0.5mL/h、接收距离20cm，纺丝电压范围10kV。
　　本文分别采用壳聚糖自还原法（未经紫外照射）和紫外还原法（经紫外照射）制备含纳米银的Ag-CS/PEO纺丝液，利用紫外-可见分光测试技术验证溶液中银离子的存在形式。测试结果表明，在纺丝液中成功制备了纳米银粒子，并且随着紫外光照时间的延长，纳米银含量提高。分别对未经紫外还原和经紫外还原的纺丝液进行静电纺丝制备载银纳米纤维膜。X射线能谱(EDS)测试结果表明银元素成功加入到纳米纤维中，并通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察纤维及银粒子的形貌，结果表明载银纤维具有光滑的形貌，未经紫外还原的含银纺丝液电纺纤维中纳米银颗粒分布均匀，直径在1-9nm左右;经紫外还原的含银纺丝液静电纺后纤维中纳米银颗粒分布均匀性较差，直径在10-80nm左右。通过红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)对电纺纤维膜进行了组成和结构表征，分析了CS与PEO大分子之间的相互作用，研究结果表明CS与PEO分子以氢键形式结合，改善了CS大分子之间的分子间作用力，提高了溶液的纺丝性能，银的引入基本没有改变纤维的红外光谱图。
　　此外，为了结合医用敷料的使用特点，本文分别对CS/PEO纳米纤维膜和载银CS/PEO纳米纤维膜的力学性能、吸水性能和溶失性能进行了测试和分析，同时还对壳聚糖基复合纳米纤维膜对金黄色葡萄球菌的抗菌性能，以及载银纳米纤维膜中银粒子在模拟人体体液中的释放性能进行了研究。研究结果表明，壳聚糖基纳米纤维膜具有一定的机械性能、高度的吸水性，载银前、后的壳聚糖基纳米纤维膜都具有抗菌性能，其中CS/PEO纳米纤维膜的抑菌圈较小，宽度在1mm以内;载银CS/PEO纳米纤维膜的抑菌圈显著，宽度在5mm以上，说明银的引入显著提高了壳聚糖基纤维膜的抗菌性能。释放性能分析结果表明，在模拟体液条件下，银在纤维膜中通过溶失机理进行缓慢释放，克服了普通医用敷料使用初期的突释现象，前三天的累计释放率为2.5％。作为医用敷料载体时，两种载体膜可根据伤口炎症反应程度的不同分别使用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 新型抗菌敷料

1．1．1 敷料的主要功能与指标

1．1．2 常见抗菌敷料

1．2 原料和方法介绍

1．2．1 壳聚糖

1．2．2 静电纺丝技术

1．2．3 静电纺丝技术在生物医学上的应用

1．2．4 壳聚糖的静电纺丝

1．2．5 银离子和纳米银的抗菌机理

1．3 课题的研究意义与内容

1．3．1 课题的研究目的和意义

1．3．2 课题的研究内容

I．3．3 本课题的创新点

第2章 壳聚糖基静电纺纳米纤维膜的制备与表征

2．1 引言

2．2 实验材料与仪器

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器

2．3 实验方法

2．3．1 CS／PEO纺丝溶液的制备

2．3．2 CS／PEO静电纺纳米纤维膜的制备

2．3．3 CS／PEO静电纺纳米纤维膜的交联

2．3．4 CS／PEO静电纺纳米纤维的形貌表征

2．4 结果与讨论

2．4．1 50％乙酸作溶剂

2．4．2 90％乙酸作溶剂

2．5 本章小结

第3章 载银壳聚糖基静电纺纳米纤维膜的制备与表征

3．1 引言

3．2 实验材料与仪器

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验仪器

3．3 实验方法

3．3．1 Ag-CS／PEO纺丝溶液的制备

3．3．2 Ag-CS／PEO静电纺纳米纤维膜的制备

3．3．3 Ag-CS／PEO静电纺纳米纤维的形貌表征

3．3．4 Ag在纳米纤维膜中的存在形式与表征

3．4 结果与讨论

3．4．1 Ag含量对纤维形貌的影响

3．4．2 紫外光照对纤维形貌的影响

3．4．3 Ag在纳米纤维中的形态与表征

3．5 本章小结

第4章 壳聚糖基复合纳米纤维膜的性能研究

4．1 引言

4．2 实验材料与仪器

4．2．1 实验试样

4．2．2 主要试剂

4．2．3 实验仪器与设备

4．3 实验方法

4．3．1 力学性能测试

4．3．2 吸水性和溶失性测试

4．3．3 抗菌性能测试

4．3．4 纳米银的体外释放性能测试

4．4 结果与讨论

4．4．1 载银前后壳聚糖纳米纤维膜的力学性能

4．4．2 载银前后壳聚糖纳米纤维膜的吸水性和溶失性能比较

4．4．3 银的加入对壳聚糖纳米纤维膜抗菌性能的影响

4．4．4 纳米银的体外释放行为分析与释放机理

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 不足与展望

参考文献

攻读硕士研究生期间成果目录

致谢