基于氧化氯的抗菌水凝胶的制备及表征

贾慧颖 许祺 左桂福 王铁刚

摘要：本文以二氧化氯为绿色抗菌剂，通过冷冻干燥法制备了聚乙烯醇抗菌海绵，利用浸渍法将水溶性高分子溶液浸渍到抗菌海绵中，得到新型抗菌水凝胶。采用FT-IR、SEM等测试方法对样品进行分析表征。结果表明：以1%聚乙烯醇溶液为基体，亚氯酸钠溶液为抗菌剂，经冷冻5h，真空干燥36h制作的海绵，海绵孔隙最致密，机械强度最高，此海绵经1%羧甲基壳聚糖溶液浸渍效果最好，抗菌水凝胶机械强度最高，抗菌2h抗菌率高达95.12%，抗菌效果最优异。

关键词：聚乙烯醇;抗菌海绵;抗菌水凝胶;亚氯酸钠

绪论

有研究表明，皮肤在湿润的环境下愈合更加迅速[1]。而水凝胶辅料能保持创面持续湿润，为伤口提供湿润的愈合环境。作为创面敷料，水凝胶材料拥有较好的机械强度，但是当前很多高分子水凝胶敷料不具备抗菌性能，容易滋生细菌，导致伤口感染。抗菌水凝胶是近年来发展迅速的一种新型抗菌材料。常见的银纳米粒子等无机抗菌剂拥有良好的抗菌性能，但是其潜在毒性和剂量依赖性，并没有被广泛应用。二氧化氯（ClO2）具有杀菌效果优异、用量少、作用迅速，在很大的pH范围内均有很强的杀菌能力以及杀菌效果持续时间长等优点，已经被世界卫生组织（WHO）定为A1级高效安全消毒剂[2，3]。

本文以亚氯酸钠为原料，通过添加稳定剂、pH缓冲剂、吸收剂制备稳定的氧化还原电位水溶液。以聚乙烯醇为基体，氧化还原电位水为分散体，制备具有抗菌功能的高分子复合水凝胶，采用冷冻干燥技术将高分子复合水凝胶制备成多孔海绵，以上述抗菌多孔海绵为骨架材料，以羧甲基壳聚糖为凝胶材料，采用浸渍法将抗菌海绵浸渍成复合水凝胶，研究抗菌剂比例、制备参数对复合材料性能的影响进行系统研究。以它们独特的组合以及目前正在开发的方法将为抗感染治疗提供一个有希望的未来[4]。

1实验材料及方法

1.1材料

聚乙烯醇、亚氯酸钠、四硼酸钠、30%过氧化氢、氯化钠、牛肉浸膏、平板计数琼脂、大肠杆菌、月桂基硫酸盐胰蛋白胨，上述试剂均为分析纯。

1.2多孔抗菌海绵的制备

称取1g 聚乙烯醇，加入100mL去离子水，在100℃的恒温水浴中剧烈搅拌至完全溶解，得到PVA溶液。将制备好的稳定亚氯酸钠溶液按照不同抗菌比例分别加入到上述溶液中搅拌（抗菌比例分别为抗菌剂占海绵总质量25%/20%/0），得到抗菌凝胶，将溶液倒入24孔板培养皿中成型，在冰箱中预冷冻2h，预冻体在真空冷冻干燥机干燥，得到多孔抗菌海绵。

1.3复合抗菌水凝胶的制备

量取100mL去离子水，边搅拌边分别加入1g羧甲基壳聚糖，超声约1h，直至完全溶解，将戊二醛稀释为质量分数1%的溶液，将多孔抗菌海绵加入到含有羧甲基壳聚糖溶液的离心管中，进行真空浸渍，使羧甲基壳聚糖溶液完全浸渍到多孔海绵中，浸渍完毕后，将浸渍好的抗菌海绵加入到稀释好的戊二醛溶液中，进行交联，制得复合抗菌水凝胶。

2结果与讨论

2.1抗菌海绵的形貌研究

采用扫描电子显微镜（SEM）对PVA多孔抗菌海绵的形貌进行了分析，由图1可以看出，采用冷冻干燥法制备的海绵具有丰富的多孔结构，随着抗菌剂比例的提升，孔洞数量有明显的减小趋势。如图（b）所示的抗菌剂占比为20%的聚乙烯醇抗菌海绵，可以清晰的看到均匀分布的抗菌剂颗粒，随着抗菌剂比例的增加，抗菌海绵组织上的抗菌剂颗粒越来越多。由图（d）可知，抗菌剂占比增加到25%并没有影响聚乙烯醇抗菌海绵收缩。为了保证抗菌效果，選择抗菌剂比为25%的聚乙烯醇抗菌海绵作为后期制作复合抗菌水凝胶的抗菌海绵。

2.2复合水凝胶红外光谱分析

为确定物质分子结构和鉴别化学物，对不同抗菌比聚乙烯醇抗菌海绵进行红外光谱分析，如图2所示。位于3435cm-1处的特征峰为分子间氢键-OH伸缩振动峰，位于2930cm-1为甲基以及亚甲基上的C-H的振动伸缩峰，位于1103cm-1为C-O-C伸缩振动峰，证实聚乙烯醇海绵材料具有亲水基团OH，并且成功进行了缩醛化反应[5]。而含有抗菌剂两个聚乙烯醇抗菌海绵样品显示的特征峰，是位于750-900cm-1之间的Cl-O峰，这意味着在聚乙烯醇海绵上成功引入了抗菌剂ClO2，由此可得：亚氯酸钠溶液可以作为抗菌剂添加到聚乙烯醇中制作抗菌海绵。

2.4抗菌性能研究

由表1可以看出，含25%抗菌剂的PVA复合水凝胶组菌落较空白对照组与加入无抗菌剂的PVA水凝胶组数量明显减少，抗菌率可达95.1%。

3结论

以PVA为基体，亚氯酸钠为抗菌组份，采用冷冻干燥法，成功制备了PVA抗菌海绵。以羧甲基壳聚糖为凝胶基体，以戊二醛为交联剂，采用浸渍法，制备了复合抗菌水凝胶。25%的聚乙烯醇-羧甲基壳聚糖复合抗菌水凝胶1h，抗菌率为95.12%，有望在伤口领域得到应用。

参考文献

[1]Azad AK，Sermsintham N，Chandrkrachang S，Stevens WF. Chitosan membrane as a wound-healing dressing： character ization and clinical application[J]. J.Biomed. Mater. Res.B， 2004，69B，216-222.

[2]张勇，李宝根.二氧化氟对霉变玉米黄曲霉毒素B1脱毒效果的研究[J].食品科学，2001，22（10）：68-70.

[3]潘永贵，植丽华，黄德凯.稳定态二氧化氯杀菌剂在MP芒果上应用研究[J].食品科学，2003，24（2）：142-144.

[4]Li SQ，Dong SJ，Xu WG，Tu SC，Yan LS，Zhao CW，Ding JX，Chen XS.Antibacterial hydrogels.Adv.Sci，2018，5，1700527.

[5]杨旭.抗菌型聚乙烯醇基水凝胶材料的制备及其性能研究[D].中国科学技术大学，2020，9，13-16.