“三明治”结构聚乙烯醇/壳聚糖/海藻酸钠纳米纤维医用敷料

陈桂钊，蔡 洁，于 晖

（广东省高校功能性纺织品工程技术研究中心；五邑大学纺织服装学院,广东 江门529020）

“三明治”结构聚乙烯醇/壳聚糖/海藻酸钠纳米纤维医用敷料

陈桂钊，蔡 洁，于 晖

（广东省高校功能性纺织品工程技术研究中心；五邑大学纺织服装学院,广东 江门529020）

选用聚乙烯醇 （PVA）、壳聚糖 （CS）、海藻酸钠 （SA）为原料，通过静电纺丝和交联处理组合工艺制备 “三明治”结构PVA/CS/SA静电纺纳米纤维膜。利用扫描电子显微镜 （SEM）表征PVA/CS/ SA静电纺纳米纤维膜形貌结构，综合评价医用敷料溶胀率和失重率，考察其在伤口愈合领域的应用性能。其中，PVA/CS静电纺纳米纤维膜纤维平均直径为 （488±201)nm，PVA/SA静电纺纳米纤维膜纤维平均直径为 （534±265）nm，所制备的 “三明治”结构PVA/CS/SA静电纺纳米纤维膜平均溶胀率为296.5%，平均失重率为74.3%。

静电纺丝；纳米纤维；医用敷料；壳聚糖；海藻酸钠

随着世界人口老龄化速度加快，与老年人密切相关的褥疮、溃疡等慢性伤口护理问题已日益严重，对伤口敷料性能的要求也越来越高，传统的纱布、棉巾等医用敷料存在保湿性能差、易外源性感染、需多次更换等问题，无法满足慢性伤口护理需求[1]。因此，研究开发高性能医用敷料具有重要的应用意义。

目前，新型医用敷料可分为薄膜类敷料、液体类敷料、水胶体敷料、水凝胶敷料、藻酸盐类敷料和泡沫类敷料，其共同特点是可提供湿润的伤口愈合环境，吸收组织渗液，防止伤口感染等[2-4]。其中，静电纺丝制备的纳米纤维因具有长径比大、比表面积高、延展性好和组成成分可控等特点，被广泛应用于生物医用敷料领域[5]。

壳聚糖 （CS）是一种天然可降解多糖，对人体及组织无毒无害，具有理想的生物相容性、生物降解性及抗菌、防腐、止血和促进伤口愈合等特殊功能，广泛用于医药、食品、功能材料、化妆品、农业、环保等领域[6-7]。但是，在静电纺高压作用下，壳聚糖聚合物内部离子基团的排斥力增加，聚合物难以从针头处喷射出来，且因其大的黏度容易堵塞针头，限制了纯壳聚糖的静电纺丝[8]。海藻酸钠 （SA）具有无毒、无抗原性，与细胞生物相容性好等特点，拥有抑菌性、高透氧性、高吸湿性、凝胶阻塞性和良好的止血功能，但海藻酸钠同样存在静电纺丝效果不佳的情况[9]。聚乙烯醇 (PVA)是由聚醋酸乙烯酯水解而成的一种水溶性聚合物，具有良好的化学稳定性、环境友好性、生物相容性及可降解性，同时具有很好的成膜性和成纤性，在静电纺丝领域有广泛的应用[10]。

本实验以聚乙烯醇 （PVA）、壳聚糖 （CS）、海藻酸钠 （SA）三种材料为原料，将聚乙烯醇（PVA）分别与壳聚糖 （CS）和海藻酸钠 （SA）进行混纺，改善二者的静电纺丝性能。通过静电纺丝和交联处理组合工艺制备 “三明治”结构PVA/CS/SA静电纺纳米纤维膜，开发具有保湿、止血、抑菌等多功能新型医用敷料。

1 实验

1.1 材料与设备

1.1.1 实验材料

聚乙烯醇1788（PVA），醇解度87.0%～89.0%（阿拉丁化学试剂有限公司）；壳聚糖 （CS），Mw=50 000（上海至鑫化工有限公司）；海藻酸钠 （SA），含量 ≥99.5% （天津市福晨有限公司）；乙酸，AR（台山市粤侨试剂塑料有限公司）；戊二醛，AR（天津市大茂化学试剂厂）；无水氯化钙，AR（台山市粤侨试剂塑料有限公司）；无水乙醇，AR（天津市永大化学试剂有限公司）。

1.1.2 实验仪器设备

T×R1020P30-50高压静电发生器 （大连泰思曼有限公司）；LSP02-1B注射泵 （广州市科桥实验技术设备有限公司）；注射器 （10 mL，上海双鸽实业有限公司），七号注射针头；DHG -9070A电热恒温鼓干燥箱 （宁波江南仪器厂）；PL200型电子天平 （梅特勒 -托利多仪器上海有限公司）；85.2型恒温磁力搅拌器 （金坛市国旺实验仪器厂）。

1.2 纺丝液的制备

1.2.1 配制PVA/CS纺丝液

准确称量3.6 g 20 wt%聚乙烯醇溶液和6.0 g 3 wt%壳聚糖溶液，加入0.4 g蒸馏水，将溶液混合均匀制成9 wt%PVA/CS混合纺丝液。

1.2.2 配制PVA/SA纺丝液

准确量取6 mL 10 wt%聚乙烯醇溶液和4 mL 3 wt%海藻酸钠溶液，将二者均匀混合，静置消泡，制得7.2 wt%PVA/SA混合纺丝液。

1.3 PVA/CS/SA纳米纤维膜制备

将5 mL 9 wt%PVA/CS纺丝溶液注入10 mL注射器内，采用七号注射针头作为喷射针头，环境温度为 （25±3）℃，湿度为 （50±5)%，纺丝电压为16 kV，纺丝速度为0.8 mL/h，接收距离为12 cm的条件下进行纺丝，滚筒收集PVA/CS纳米纤维膜；待纺丝完毕后，置换5 mL 7.2 wt%PVA/SA纺丝溶液，保持其他参数不变，纺丝速度改为0.4 mL/h，继续收集PVA/SA纳米纤维膜；纺丝完毕后置换5 mL 9 wt%PVA/ CS纺丝溶液，保持其他参数不变，纺丝速度为0.8 mL/h，继续收集PVA/CS纳米纤维膜。三层纤维膜叠加后构成具有 “三明治”结构PVA/CS/ SA纳米纤维膜，结构如图1所示，两端外层为具有抑菌功能的PVA/CS纳米纤维膜，内层为具有吸湿保湿性能的PVA/SA纳米纤维层。

图1 “三明治”结构PVA/CS/SA纳米纤维膜示意图

1.4 扫描电镜 （SEM）

使用日立S-4800型扫描电子显微镜（SEM）观察纤维的微观形态。所得SEM图像采用分析软件Image-Pro Plus测量纤维直径，任取100根纤维计算其纤维平均直径。

1.5 PVA/CS/SA纳米纤维膜交联处理

将制得的PVA/CS/SA纳米纤维膜裁剪成尺寸为5 cm×5 cm的样品，在空气干燥器底部放置一表面皿，加入50%戊二醛溶液，将空气干燥器放进烘箱37℃预热30 min。取出空气干燥器，在表面皿上方放置一网架，将PVA/CS/SA纳米纤维膜样品置于网架上密封。将空气干燥器置于烘箱中，37℃恒温汽蒸24 h。汽蒸完毕后，将样品置于真空烘箱内真空干燥。干燥后样品置于15 mL 3%氯化钙无水乙醇溶液，浸泡1.5 h。交联后纤维用无水乙醇洗涤3次，真空烘箱内真空干燥24 h待用，实验重复五次。

1.6 溶胀率与失重率

称量干燥后PVA/CS/SA纳米纤维膜重量，记录为W0；将PVA/CS/SA纳米纤维膜置于20 mL蒸馏水溶液中，37℃条件下吸液24 h，用镊子取出纤维膜，用滤纸从样品下方吸除样品表面水分，称重记录为Wt。溶胀率Q1计算公式：

将浸泡蒸馏水后样品置于真空烘箱中，真空干燥24 h，称重记录为Wd。失重率Q2计算公式：

2 结果与讨论

2.1 材料物理特征

采用扫描电镜分别观察PVA/CS和PVA/SA纳米纤维膜形貌，如图2所示。

图2 纳米纤维形貌结构图

从图2可以观察到，静电纺丝制成的PVA/ CS和PVA/SA纳米纤维膜纤维粗细程度较均匀，纤维表面光洁，无珠串结构，通过Image-ProPlus图像分析得到，PVA/CS和PVA/SA纳米纤维的平均直径分别为 （488±201）nm和 （534±265）nm。

2.2 溶胀率与失重率

通过公式 （1）和 （2）分别计算材料溶胀率和失重率，实验结果如表1所示。

表1 纺丝纤维膜交联后的溶胀率与失重率

由表1数据可以发现，交联PVA/CS/SA纳米纤维膜经过蒸馏水浸泡24 h处理后，纤维膜平均溶胀率为296.5%，表明PVA/CS/SA纳米纤维膜能够有效控制伤口组织渗出液，有利于伤口愈合。平均失重率为74.3%，表明纤维膜交联不彻底，纳米纤维膜中聚乙烯醇大分子链上的羟基和壳聚糖大分子链上的羟基没有与戊二醛充分反应，纤维膜部分溶解在蒸馏水中。

3 结论

本实验选取聚乙烯醇 （PVA）、壳聚糖（CS）、海藻酸钠 （SA）为原料，通过静电纺丝和交联处理组合工艺制备 “三明治”结构PVA/ CS/SA静电纺纳米纤维膜。经交联处理后纤维膜平均溶胀率为296.5%，平均失重率为74.3%。

[1] 程玲，高勇，周静，等.医用敷料的分类及特点[J].中国医疗设备，2011，26（5）：99-101.

[2] 李晶，薛斌.新型医用敷料的分类及特点 [J].中国组织工程研究，2013，17（12）:2225-2232.

[3] 柯林楠，冯晓明，王春仁.医用敷料研究的现状与进展 [J].中国组织工程研究与临床康复，2010，14（3）:521-524.

[4] 赵琳，宋建星.创面敷料的研究现状与进展 [J].中国组织工程研究与临床康复,2007,11（9）: 1724-1726，1737.

[5] 江创生，陈向标.静电纺丝制备生物医用敷料研究进展 [J].合成纤维工业，2012，35（3）:44 -46，51.

[6] 孙佳丽，蒋国强，丁富新．壳聚糖-mPEG温敏水凝胶载药系统的制备及释药行为 [J].清华大学学报 （自然科学版），2010，50（6）：909-912.

[7] 王小英，刘博，汤玉峰，等．累托石／聚合物纳米复合材料的新进展 [J].无机材料学报，2012，27（2）:113-121.

[8] 王丹，单小红，郜建锐.壳聚糖静电纺纳米纤维的研究进展 [J].纺织导报，2015（1）:48-51.

[9] 冯燕，孙润军，刘呈坤.海藻酸钠/聚乙烯醇/银复合纤维的静电纺丝 [J].合成纤维，2011，40（12）:13-17.

[10]胡盛，朱伟，周红艳，等.聚乙烯醇-海藻酸钠-壳聚糖共混膜的制备与性能 [J].化工新型材料，2014，42（10）：38-44.

“SANDWICH”TYPE PVA/CS/SA NANOFIBROUS MEDICAL DRESSINGS

CHEN Gui-zhao,CAI Jie,YU Hui*
(The Engineering Technology Research Center for Functional Textiles in Higher Education of Guangdong Province,College of Textiles&Clothing,Wuyi University,Jiangmen Guangdong 529020,China)

“Sandwich”type PVA/CS/SA nanofibrous membrane was prepared via a combination technology including electro-spinning and cross-linking treatment,using polyvinyl alcohol,chitosan and sodium alginate as raw materials.The morphology characteristic of nanofibrous membrane was explored through field emission scanning electron microscope(FE-SEM),and the hygroscopicity properties such as water absorption and weight-loss ratio were evaluated to study the application performance of nanofibrous membrane.The results showed that the average diameter of PVA/CS nanofibrous membrane was(488±201) nm,and PVA/SA nanofibrous membrane was(534±265)nm.The average swelling ratio and weight-loss ratio of PVA/CS/SA nanofibrous membrane were 296.5%and 74.3%,respectively.

electro-spinning,nanofiber,medical dressing,chitosan,sodium alginate

TP212.3;TS154.7

A

10.3969／j.issn.1672-500x.2016.04.003

1672-500X(2016)04-0014-04

2016-12-01

陈桂钊 （1996-），男，广东汕头人，纺织工程专业在读本科生。

于晖 （1979-），男，辽宁丹东人，副教授，主要从事医用纺织品研究。