载ZnO纳米纤维复合膜的制备及其抗菌性能的研究

摘要

静电纺丝法是一种能够连续制备聚合物纳米纤维的方法，操作工艺简单易行，是纳米纤维制备方法中最有前途的工艺。利用静电纺丝法制备的无机金属纳米粒子/聚合物纳米复合纤维材料，具有复合材料的各种性能与纳米纤维的所特有的功能，以及无机金属纳米粒子材料与有机聚合物材料的特性，很大程度的拓展了金属纳米粒子/聚合物的应用领域。
　　 本文首先探讨了PVA静电纺丝最佳工艺参数，研究了纺丝液浓度、及过程参数电压强度、接收距离、注射速度对纳米纤维膜的微观形貌的影响，确定了一个合适的纺丝工艺条件，为下一步制备载ZnO的复合纳米纤维膜提供参考。然后，利用静电纺丝法制备载ZnO的复合纳米纤维膜，分别采取直接包埋法和原位合成法。一是确定适合的工艺参数制备ZnO/壳聚糖/PVA复合纳米纤维膜，二是以醋酸锌为前驱体制备不同浓度的ZnO-PVA原位合成复合纳米纤维。采用扫描电镜、透射电镜、红外光谱、X-射线衍射光谱等分析手段对样品进行了表征。
　　 分别研究了以ZnO为增强剂的ZnO/壳聚糖/PVA复合纳米纤维膜的抗菌效果，以及原位合成ZnO-PVA复合纳米纤维膜的广谱抗菌特性及其与细胞粘附的关系。同时，初步探讨ZnO纳米粒子的抗菌机理。结果表明：以ZnO为增强剂的ZnO/壳聚糖/PVA复合纳米纤维膜的抗菌效果明显提高，壳聚糖/PVA复合膜对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的MIC值分别为120μg/ml、110μg/ml、190μg/ml；加入ZnONPs后CS/PVA复合膜相应的MIC值分别为100μg/ml、90μg/ml、160μg/ml。ZnO-PVA复合纳米纤维膜具有广谱抗菌特性，对测试菌的抗菌效能依次为：金黄色葡萄球菌>白色念珠菌>大肠杆菌>黑曲霉孢子。细胞粘附实验表明，ZnO能够通过降低细胞活性抑制细胞粘附，通过检测膜表面静态水接触角和粘附细胞的SEM形态，推测细菌的细胞粘附还与膜表面的亲水性质和细胞分泌的蛋白有关。根据活性氧检测和细胞微细结构的观察，推测ZnO纳米粒子的抗菌机理主要与活性氧(ROS)、粒子内部化、膜损伤有关。