医用银离子抗菌水凝胶敷料的制备及性能研究

2019-12-02朱新华黄春兰吴丽莎李雄杰

当代化工 2019年10期

朱新华黄春兰吴丽莎李雄杰

摘要：将纳米银与水凝胶两者性能结合，制备医用银离子抗菌水凝胶敷料，并对其性能进行研究。不使用分散剂，采用水凝胶的纳米孔吸附银离子的方式制备纳米银，使用壳聚糖、冰醋酸、纳米银、泊洛沙姆、碳酸氨、甘油六种试剂制备纳米银抗菌凝胶，并采用类似的方式制备纳米银抗菌凝胶敷料。分别对制备得到的水凝胶敷料进行UV-vis 分析，并测试其抗菌性、溶胀性和生物相容性。实验结果表明，在不添加分散剂和还原剂的条件下，硝酸银可以被还原成纳米银，表明纳米银制备方法可行;水凝胶对大肠杆菌的最大抑菌圈为4.20 mm左右，对葡萄球杆菌的最大抑菌圈为3.52 mm左右，均具有良好的抗菌效果，且纳米银的添加，更加增强了水凝胶的抗菌性;相较于其他甘油含量的水凝胶敷料，添加2%甘油的敷料具有更好的溶胀性;银离子抗菌水凝胶敷料具有较好的生物相容性，在促进细胞增殖分化方面具有无可比拟的优势。

关键词：纳米银;水凝胶;敷料;制备

中图分类号：TQ 317 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2019）10-2257-04

Abstract： A medical silver ion antimicrobial hydrogel dressing was prepared by combining the properties of nano silver and hydrogel， and its properties were studied. Nanoscale silver was prepared without dispersant through adsorption of silver ions by nanopores of hydrogel. Nano silver antibacterial gel was prepared from six kinds of reagents， including chitosan， glacial acetic acid， nano silver， poloxamer， carbonic acid ammonia and glycerol， and nano silver antibacterial gel dressing was prepared in a similar way. The prepared hydrogel dressings were analyzed by UV-vis， and their antibacterial activity， swelling ability and biocompatibility were tested. The experimental results showed that silver nitrate was reduced to nano-silver without dispersant and reductant， which indicated that the preparation method of nano-silver is feasible; the maximum inhibitory zone of hydrogel to E.coli was about 4.20 mm， and the maximum inhibitory zone to Staphylococcus was about 3.52 mm， and the addition of nano-silver enhanced the antimicrobial activity of hydrogel. Compared with other glycerol content hydrogel dressings， the dressings with 2% glycerol had better swelling ability; silver ion antimicrobial hydrogel dressings had better biocompatibility， and had incomparable advantages in promoting cell proliferation and differentiation.

Key words： Silver nanoparticles; Hydrogel; Dressing; Preparation

醫用敷料是指覆盖于皮肤伤口创面上，用以保护伤口，避免感染的材料，可作为短时间内皮肤的替代品，医用敷料能够为伤口创面营造一个低氧的微环境，有助于促进伤口的愈合。医用敷料在伤口护理中是必不可少的，我国对医用敷料的需求量巨大，但国内医院采用的新型敷料大多需要从国外进口，成本较高，我国需要加强新型敷料的研发[1，2]。随着材料学和组织工程研究的发展，众多新型敷料脱颖而出，其中水凝胶敷料的性能最为突出，能够在水中溶胀，大量吸收水分但又不会溶解于水，也正是因为高含水性，水凝胶可以变换为多种形式，用于各类型创伤。此外，其生物相容性也明显优于其他材料敷料，且具有更低的换药频率[3]。

医用银离子通常为纳米银，粒径小于100 nm，属于无机抗菌材料，对多种病菌以及病毒等都具备较强的杀伤作用，并且具有很好的抗耐药性，在外科领域应用广泛[4，5]。但纳米银材料的抗菌及时性较低，具有一定的迟滞性，且对于革兰氏阳性菌的抑制性能较弱，为此，本文联合水凝胶制备敷料，对医用银离子抗菌水凝胶敷料的制备及性能进行研究。

1 实验部分

1.1 试剂与原料

实验中需要使用的试剂与原料如表1所示。

1.2 纳米银制备

首先，准备4 mL硝酸银溶液（2 mg/mL），在磁力作用搅拌下，向其中添加30 mg聚乙烯砒咯烷酮，搅拌至两者相融合，形成相溶液。然后，在相溶液中滴加4 mL硼氢化钠溶液（0. 18 mg/mL），速度不宜过快，在正常室温条件下放置1 h，即可得到1 mg/mL的橘黄色纳米银溶液[6]。最后，采用超声技术，使用蒸馏水稀释纳米银溶液，使其浓度稀释至40μg/mL。

许多纳米银制备方法中，都会加入分散剂，以保证纳米银溶液较好的分散性和稳定性。本文在纳米银制备过程中，不使用分散剂，采用水凝胶的纳米孔来吸附银离子，以发挥同样的作用。此外，还会依据孔径大小合理调整纳米银的尺寸，使其尺寸保持中等水平，从而很好的平衡纳米银抗菌能力和体外细胞毒性水平[7，8]。在纳米银制备中同样不使用还原剂，使用溶菌酶分子链上固有的还原基因对银离子进行还原，以替代还原剂的作用。

1.3 纳米银抗菌水凝胶制备

使用壳聚糖、冰醋酸、纳米银、泊洛沙姆、碳酸氨、甘油六种试剂制备纳米银抗菌凝胶。鉴于冰醋酸是用于溶解壳聚糖的试剂，不需要对其浓度进行确定，对于泊洛沙姆而言，在制备水凝胶过程中，其粘稠度等性能指标变化范围不大，也可以忽略对其浓度的确定[9]。因此，本研究主要对壳聚糖、碳酸氨和甘油3种试剂的浓度进行确定。分别制备5组样品，在其中两种试剂浓度和用量不变的条件下，通过改变剩余一种试剂的浓度来观察纳米银抗菌水凝胶的变化，选取出最佳表现效果的试剂浓度作为本研究中该试剂的浓度。壳聚糖的浓度最终确定值为2.1%（wt），碳酸氨的浓度最终确定为0.10 mol/L，甘油浓度最终确定为3%。

对上述试剂处理完成后，选取5个含有刻度的烧杯，进行编号，标记为1-5号，在每个烧杯中均加入15 mL的蒸馏水，并同时加入250 μL的冰醋酸。然后，在1-5号烧杯中，分别加入0、200、400、600、800 μL的之前制备的纳米银溶液，滴加500μL的甘油，充分搅拌使其溶解。接下来，分别向1-5号烧杯中添加60 mg的泊洛沙姆和0.53 g的壳聚糖，充分搅拌使其均匀，放置一个晚上，直至其充分溶胀并排除气泡[10]。最后，分别向1-5号烧杯中滴加2 mL碳酸氨溶液，充分搅拌使其均匀，滴加蒸馏水，使其形成溶胶状态，静置几天使其形成凝胶，使其定容至25 mL，配置完成。

1.4 银离子抗菌水凝胶敷料制备

本研究中采用甘油为变量，制备银离子抗菌水凝胶敷料。与水凝胶制备流程相似，选取1-5号的含刻度烧杯[11]。首先，分别加入15 mL蒸馏水、250μL的冰醋酸和0.2 mL浓度为40μg/mL的纳米银溶液，充分搅拌至均匀，加入0.2、0.4、0.5、0.6 mL的甘油，适当加热，搅拌均匀，再加入60 mg的泊洛沙姆，充分搅拌使其溶解。然后，加入0.53 g的壳聚糖并搅拌使其均匀，在1-5号的烧杯中分别加入浓度为2 mol/L碳酸氨溶液，搅拌均匀后滴入蒸馏水，使其定容至25 mL。最后，放置过夜消除气泡后，将1-5号烧杯中的溶胶放置在特定设备内，使其形成凝胶，再利用干燥器对其进行干燥处理，则可形成敷料。

1.5 测试与表征

1.5.1 UV-vis 分析

利用紫外-可见分光光度计[12]对浓度为40μg/mL的纳米银溶液进行 UV-vis分析。

1.5.2 水凝胶敷料的抗菌性测试

分别称取琼脂（2 g）和牛肉膏（1 g），添加蒸馏水使其溶解，并适当加热直至融化。放置溶液使其在自然条件下冷却至室温，再向其中添加NaoH溶液，调节溶液pH值至7.0，高压灭菌20 min。待溶液冷却至50 ℃，分别加入大肠杆菌和葡萄球杆菌，待溶液冷却形成培养基。在培养基中注入水凝胶敷料样品，样品中的纳米银数量设置为不同组别，数量依次增加，恒溫培养1周，温度控制在36 ℃左右，测量抑菌圈尺度。

1.5.3 水凝胶敷料的溶胀性测试

水凝胶敷料浸入水中后，体积因水分子进入而膨胀，膨胀部分重量与原重量的比值即为溶胀率。准确称量干凝胶敷料质量，添加0.53 g的壳聚糖，将温度控制在36 ℃左右进行溶胀实验。以2%、4%、6%、8%的甘油为测试变量，设置时间间隔为10 min，在不同间隔时间点取出各组水凝胶，使用滤纸擦除表面水分，称量水凝胶敷料重量。

1.5.4 水凝胶敷料的生物相容性测试

采用直接接触法来测试水凝胶敷料的生物相容性。取水凝胶敷料样品放置于80%的乙醇中进行灭菌处理，将灭菌处理后的水凝胶敷料放置于24目孔板上。

选取三角形态的纤维细胞进行细胞种植，采用细胞计数板统计细胞数量，设置合理的细胞密度，同时对其进行稀释处理。稀释完成后，再种植到放置水凝胶的24目孔板上，在36 ℃恒温条件下，对将稀释后细胞放入二氧化碳培养箱中进行培养，时间设置为40 h，使用显微镜对细胞在水凝胶表面的分布情况以及细胞活性进行观察并记录。

2 结果与讨论

2.1 UV-vis 分析结果

图1为纳米银溶液的UV-vis谱图。

根据图1 可知，在波长为400 nm处，出现了一个曲线峰，即为纳米银离子的共振峰。表明在不添加分散剂和还原剂的条件下，硝酸银能够被还原成纳米银，验证了本文制备纳米银方法的可行性。

2.2 水凝胶敷料的抗菌性测试结果

在大肠杆菌和葡萄球杆菌培养基中注入水凝胶后，两者的扩散图像如图2所示。

根据图2可知，水凝胶对大肠杆菌和葡萄球杆菌的抗菌效果都比较明显，具有很好的抗菌作用。经测试可知，水凝胶对大肠杆菌的最大抑菌圈为4.20 mm左右，水凝胶对葡萄球杆菌的最大抑菌圈为3.52 mm左右，相对于普通材料产生的抑菌圈更大。还可以观察到，抑菌圈的直径随着银离子抗菌水凝胶敷料中纳米银的加入量不断增大，即水凝胶的抗菌性能在不断增加。

2.3 水凝胶敷料的溶胀性测试结果

以2%、4%、6%、8%的甘油为变量，得到水凝胶敷料的溶胀性测试结果，如图3。

根据图3可知，在任意时间段，2%甘油的水凝胶敷料溶胀性均高于其他变量条件下的溶胀性，2%甘油的水凝胶敷料溶胀性最低可达到60%，最高可达到160%，2%甘油的水凝胶敷料溶胀性平均值约为100%，其他三组均在40%左右，由此可以看出，2%甘油的水凝胶敷料具有更好的液体吸收能力。

2.4 水凝胶敷料的生物相容性测试结果

三角形态的纤维细胞在水凝胶表面的分布情况如图4所示。

根据图4可知，水凝胶表面的纤维细胞密度相对较小，但细胞的粘附和增值效果仍旧保持良好的状态，完全伸展状态下的细胞多数呈现出纺锤形或星形的形态，径长与正常细胞保持一致，表明该水凝胶敷料材料具有很好的生物相容性，并未释放出任意带有毒性的物质，因此，以银离子抗菌水凝胶制备出来的敷料具有良好的性能，可以有效促进细胞的增殖和分化。

3 结论与展望

本文对医用银离子抗菌水凝胶敷料的制备以及性能进行了分析，对制备得到的水凝胶敷料进行UV-vis 分析，并选取抗菌性、溶胀性和生物相容性为指标对该水凝胶敷料性能进行分析。结果表明，该水凝胶敷料具有很好的抗菌性，添加2%甘油的敷料溶胀性最好，且该水凝胶敷料生物相容性良好，可促进细胞生长。

为更全面的表征所制备的水凝胶敷料的性能，在以后的研究，会选取更多的性能指标进行分析。

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