医学护理用的纳米氧化锌抗菌PE胶制备及应用

2021-04-27赵凯

粘接 2021年7期

关键词：抗菌

赵凯

摘要：针对传统聚乙烯树脂医学用品在潮湿环境下易受微生物感染的问题，用聚乙烯树脂（PE）与改性纳米氧化锌共混制备了抗菌复合膜。通对改性前后纳米氧化锌抗菌复合膜力学、抗菌、透光和湿透性能的测定，得到的具体结论为：改性纳米氧化锌的加入对复合膜力学性能、抗菌性能皆有明显提高，但对透明度和透湿性影响不大。改性纳米氧化锌含量为0.3wt%时，复合膜的拉伸强度和断裂拉伸率最高为20.33MPa和578.12%。当改性纳米氧化锌含量为0.8wt%时，复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率最高可达91.58%和95.79%。当改性纳米氧化锌含量为0.5wt%时，最小透湿值为9.37g/m2·24h。

关键词：聚乙烯树脂;纳米氧化锌;抗菌;PE胶制备

中图分类号：TQ427.2+6 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）07-0067-04

Preparation and Application of Nano-zinc Oxide Antibacterial PE Adhesive for Medical Nursing

Zhao Kai

（Harrison International Peace Hospital， HengShui 053000， China）

Abstract：In order to solve the problem that traditional polyethylene resin medical products are susceptible to microbial infection in humid environment， the antibacterial composite film was prepared by blending polyethylene resin （PE） with modified nano ZnO. Through the determination of mechanical properties， antibacterial properties， light transmittance and moisture permeability of nano ZnO antibacterial composite membrane before and after modification， the specific conclusion is that the addition of modified nano ZnO can significantly improve the mechanical properties and antibacterial properties of the composite membrane， but has little effect on the transparency and moisture permeability. When the content of modified nano ZnO is 0.3wt%， the tensile strength and breaking tensile ratio of the composite film are 20.33MPa and 578.12%， respectively. When the content of modified nano ZnO was 0.8wt%， the antibacterial rates of the composite film against Escherichia coli and Staphylococcus aureus were 91.58% and 95.79%， respectively. When the content of modified nano ZnO is 0.5wt%， the minimum moisture permeability is 9.37g/m2·24h.

Key words：polyethylene resin; nano zinc oxide; antibacterial; preparation of PE adhesive

隨着我国医学技术的蓬勃发展，大家对医学用品安全性能的关注也随之提高。聚乙烯树脂（PE）作为制造静脉输液相关产品的主要材料，具有降低输液不良反应几率等优点。但是，聚乙烯树脂因为其材料的特殊性，存在潮湿环境下易受微生物感染的问题，因此对于聚乙烯树脂（PE）的抗菌改性进行研究是十分必要的。但目前国内对聚乙烯树脂改性还停留在初级阶段，只局限于聚乙烯同类用品改性，如：马荣秀（2020）尝试用海藻酸钠对聚乙烯醇进行改性，证实经过改性的聚乙烯醇具有良好的力学性能和生物相容性[1];杨静（2020）则对超高分子量聚乙烯膜的物理改性、化学改性、光接枝改性以及表面活性剂改性方法作出研究，并分析了经过改性后的聚乙烯树脂在医学方面的应用[2]。以上专家的研究成果表明，改性是以一种有效提高医用材料性能的方式。因此，本研究尝试以聚乙烯树脂和改性纳米锌为原料，以求制备一种新型抗菌医用复合材料，提高以聚乙烯树脂为原料的医学用品的安全性能。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

本试验主要材料：纳米氧化锌（宣城晶瑞新材料有限公司，工业纯）、硅烷偶联剂（广州市中杰新材料有限公司，KH550）、乙醇（上海粤钦化工有限公司，工业级）、聚乙烯树脂（PE）（上海超旋化工科技有限公司，一级）。

主要设备：超声波发生器（哈曼超声波科技有限公司，KQ-3000V）、磁力搅拌器（冠森生物科技有限公司，JB-A）、真空干燥箱（常州市明丰干燥设备有限公司，DZF-6021）、HAAKE流变仪（广东晟泽科技有限公司，Mars）、电子万能试验机（协强仪器制造有限公司，CTM2050）。

1.2 试样制备

1.2.1 纳米氧化锌表面改性

将一定量纳米氧化锌放置于烧杯中，取定量乙醇水溶液放入装有纳米氧化锌的烧杯中。将烧杯放置于KQ-3000V型超声波发生器中进行处理，处理温度和时间分别为：30℃和30min。在处理好的乙醇纳米氧化锌混合溶液中，加入定量硅烷偶联剂。然后放入JB-A型磁力搅拌器中进行反应，反应时间为3h。对反应完成后的样品进行真空抽滤，并将抽滤后的样品放置于DZF-6021型真空干燥箱中进行干燥处理，处理温度和时间分别为：600℃和24h。将干燥所得产物研磨后密封保存，得到改性后氧化锌粉末。

1.2.2 母料的制备

按照一定比例将聚乙烯树脂（PE）、和纳米改性后的氧化锌粉末混合均匀。将混合物放置于Mars型HAAKE流变仪中，在145℃条件下以30r/min的转速熔融共混10min，得到母料。

1.2.3 抗菌复合膜的制备

将1.2.2制备的母料进行造粒处理。在DHG-9013A型电热鼓风干燥箱中按一定比例放入经过处理的母料和聚乙烯树脂（PE）进行干燥处理，处理温度和时间分别为90℃和3h。将混合均匀后的物料通过Brabender塑化仪以30r/min的螺杆转速吹塑成膜。

1.3 性能测试

1.3.1 力学性能测试

参照GB13022-1991中的相关方法采用CTM2050型电子万能试验机以200mm/min的拉伸速率对抗菌复合膜样品的拉伸强度和断裂伸长率进行测定。

1.3.2 抗菌性能影响

（1）培养基的配置。本试验培养基的配置步骤如下：①精准称取10g蛋白胨，量取400mL蒸馏水，将两者置于大烧杯中混合均匀;②精准称取5g肉膏放入烧杯中，再加入400mL蒸馏水，加热搅拌至混合物完全溶解;③将混合液体移至锥形瓶中，并加入4g氯化钠颗粒，搅拌均匀;④沾取少量液体检测其pH值。根据检测结果，加入氢氧化钠或盐酸调节液体pH为7;⑤将液体分为两份，分别加入7g琼脂，完成培养基的配置。

（2）灭菌操作。本试验灭菌操作步骤具体如下：①湿灭操作：在湿灭箱内放入真培养基、生理羊水和装有生理羊水的试管进行灭菌操作;②干灭操作：在烘箱中放入培养皿、试管、移液管等工具进行灭菌，灭菌温度和时间分别为：140℃和2～4h。

（3）配菌液。①在装有12mL的生理盐水的试管中接种一环大肠杆菌菌种，并用灭菌后的移液管将菌种与生理盐水混合均匀。取2mL菌液放入另一只装有12mL生理盐水的试管中，此时该试管菌液浓度为负一梯度。取该试管内2mL菌液，放入另一只装有12mL生理盐水的试管中，此时该试管菌液浓度为负二梯度。重复以上步骤，直至负四梯度为止;②取适量上述步骤制备的菌液放置于血球计数板的计数矢上，用盖玻片封盖后用显微镜计数。菌液浓度可表示为：

A=五个格的总菌数×400×1000×10×稀释倍数/80

式中：A为菌液浓度，范围为30～300。

（4）小室培养。在一个灭菌的玻璃皿中加入适量脱脂棉和两块玻片，在玻片上铺适量5mm×5mm试样膜，在滴加0.4mL菌液，铺上一层空白膜。用同等方式处理其他试样，放入培养箱中，培养条件为：30℃，24h。

（5）抗菌率计算。取出样品膜放入装有30mL生理盐水的培养皿中，将样品膜清洗干净。取负一至负三梯度的菌液4mL，分别装入两个培养皿中。将培养基加热至融化，融化后降温至45℃，在凝固前平铺。将混合液体混合均匀。待培养基凝固后放入电热恒温培养箱中进行细菌培养，培养时间为24h。参照GB15979-2002和AATCC100-2004中的相关方法，对抗菌率进行计算。抗菌率表达式为：

式中：R为抗菌率;B为空白对照样品平均回收菌落数;C为抗菌复合膜样品平均回收菌落数。

1.3.3 光学性能测试

参照GB2410-80标准对改性纳米氧化锌抗菌薄膜透光率进行测定。

1.3.4 透湿性能测定

参照GB1037-88标准，用恒温恒湿箱对改性纳米氧化锌抗菌薄膜透湿性能测定。

2 结果与讨论

2.1 改性纳米氧化锌对复合膜力学性能影响

当KH550含量为5wt%，改性纳米氧化锌与乙醇配比为1：10时，改性纳米氧化锌含量对抗菌复合膜力学性能的影响如图1所示。

由图1可知，抗菌复合膜综合力学性能随改性纳米氧化锌的增加表现出先增加后减小的趋势。在改性纳米氧化锌的含量为0.3wt%时，抗菌复合膜样品力学性能最佳，此时复合膜的拉伸强度为20.33MPa，比纯聚乙烯树脂提高了43.18%。断裂拉伸率为578.12%，比纯聚乙烯树脂提高了39.41%。原因为纳米氧化锌在抗菌复合膜中起到无机纳米刚性粒子增韧增强作用。同时，纳米氧化性经过改性后，表面级性降低。在与聚乙烯树脂反应时，界面粘胶力增强，两者相互作用下，整体对外界应力承受能力有所增加。当改性氧化锌含量超过0.3wt%，在纳米氧化锌吸附效应的作用下，纳米粒子團聚现象增加明显，造成复合材料的缺陷。因此抗菌复合膜在受外界应力时，发生应力集中造成断裂的现象。因此在改性氧化锌含量超过0.3wt%，随改性氧化锌含量的增加，力学性能呈缓慢降低的趋势。

2.2 改性纳米氧化锌对复合膜抗菌新能的影响

图2为改性纳米氧化锌与复合膜抗菌率的关系。从图2所知，纯聚乙烯树脂几乎没有抗菌性。加入少量的改性纳米氧化锌后，复合膜表现出较好的抗菌性能。且复合膜的抗菌性能与改性氧化锌的含量呈正比关系，在改性纳米氧化锌含量为0.8wt%时，复合膜抗菌性能最佳。此时对大肠杆菌的抗菌率可达91.58%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率可达95.79%。

2.3 改性纳米氧化锌对复合膜透明性能影响

表1表示随纳米改性氧化锌含量的改变，复合膜透明度的变化。从表1可知，随纳米氧化锌含量的增加，复合膜透明性能缓慢的降低，透光率缓慢相加，雾度缓慢升高。这是因为加入纳米氧化锌后，纳米氧化锌发挥成核作用，让聚乙烯树脂非晶部分相对减少，因此复合膜透明性能降低。随纳米氧化锌含量的增加，纳米氧化锌在聚乙烯树脂集体中分散性变差，团聚现象明显，因此复合膜的透光性能和折光性能明显下降。故而随纳米氧化锌含量较高时，复合膜透明性能表现出持续下降的趋势。

2.4 改性纳米氧化锌含量对复合膜透湿性能影响

表2为纳米改性氧化锌对复合膜透湿性能的影响。由表2可知，随纳米氧化锌含量的增加，复合膜透湿量表现出先减小后增加的趋势。当氧化锌含量为0.5wt%时，复合膜体系的透湿量最小，此时复合膜体系为9.37g/m2·24h这是因为加入纳米氧化锌后，纳米氧化锌能起到成核作用，因此复合膜结晶性能有所提高。

3 结论

本研究以硅烷偶联剂为表面改性剂对纳米氧化锌进行表面改性处理。以改性前后的纳米氧化锌为原料，与聚乙烯树脂共混制得抗菌复合膜。通过对复合膜多种性能探讨，得到的主要结论如下：

（1）改性纳米氧化锌对复合膜的综合力学性能有增强作用。当改性纳米氧化锌含量在0.3wt%时，复合膜的力学性能达到最佳。此时，复合膜的拉伸强度和断裂拉伸率分别为20.33MPa和578.12%，比纯聚乙烯树脂提高了43.18%、39.41%。

（2）改性纳米氧化锌的加入使复合膜具有优异的抗菌性能。当纳米氧化性含量为0.8wt%时，复合膜抗菌性能达到最高点。此时对大肠杆菌的抗菌率可达91.58%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率可达95.79%。

（3）透明性能试验表示，改性纳米氧化锌含量对复合膜透明度影响不大。随改性纳米氧化锌含量的增加，复合膜透明度呈缓慢下降趋势。

（4）湿透性能测试验表面，复合膜在纳米氧化锌含量为0.5wt%透湿量最小，此时复合膜透湿量值为9.37g/m2·24h。

参考文献

[1]马荣秀，张雅伟，戚后娟，等.高孔隙率海藻酸钠-聚乙烯醇复合海绵的制备及性能[J].东北林业大学学报，2020，48（12）：112-117.

[2]杨静.超高分子量聚乙烯膜的改性方法及其在医用材料中的应用[J].化工设计通讯，2020，46（06）：80+147.

[3]张小林，王兰兰，翁林，等.海藻酸盐医用材料的制备技术及应用现状[J].棉纺织技术，2019，47（04）：75-80.