王曉晨， 郈秀菊， 朱小敏

(山東省藥學(xué)科學(xué)院，山東省醫(yī)用高分子材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250100)

1 引 言

氧化纖維素(oxidized cellulose， OC)尤其是TEMPO(2，2，6，6-四甲基哌啶氮氧化物自由基)/NaBr/NaClO體系的選擇性氧化，是纖維素單元上的C6位伯羥基發(fā)生反應(yīng)[1-2]。選擇性氧化纖維素賦予了纖維素新的性能，大大拓展了纖維素在藥物控釋、生物傳感、功能載體、傷口護(hù)理敷料等應(yīng)用領(lǐng)域[3-8]。

稀土離子具有長(zhǎng)的激發(fā)態(tài)壽命，在可見光區(qū)具有獨(dú)特的光發(fā)射性能。當(dāng)有機(jī)配體的三重態(tài)能級(jí)和稀土離子的共振發(fā)射能級(jí)匹配時(shí)[9-10]，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)高效能量傳遞的過(guò)程，發(fā)射出特征熒光，具有優(yōu)良的發(fā)光性能。

大量的稀土元素毒理學(xué)研究表明，稀土水合物可以在很大程度上改變、修飾和增強(qiáng)稀土的生物活性，屬于較低毒性的物質(zhì)，比多數(shù)有機(jī)合成物或過(guò)渡金屬水合物的毒性低。稀土金屬元素在醫(yī)藥領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于抗血栓藥物、燒傷藥物、抗炎殺菌藥物、抗動(dòng)脈硬化、放射性核素與抗腫瘤藥物，以及鎮(zhèn)痛、降血糖藥物等[11-18]，但是用于標(biāo)記傷口感染和光學(xué)顯示的醫(yī)用敷料領(lǐng)域未見報(bào)道。

本研究將稀土鋱硝酸鹽以共價(jià)鍵鍵接到選擇性氧化改性的纖維素基質(zhì)上，配位修飾制備高效穩(wěn)定的發(fā)光醫(yī)用敷料。該醫(yī)用敷料將氧化纖維素的良好吸液性能和稀土離子的良好光學(xué)性能相結(jié)合，具有優(yōu)良的吸濕引濕性和特征熒光性能。

2 材料與方法

2.1 原料試劑

氧化纖維素(OC)，實(shí)驗(yàn)室自制，TEMPO/NaBr/NaClO體系C6位選擇性氧化，羧化度24%；氧化鋱(Tb2O3)購(gòu)于上海國(guó)藥集團(tuán)；濃硝酸(HNO3)、氯仿、甲醇、丙酮均為分析純，購(gòu)于天津市大茂化學(xué)試劑廠。

2.2 儀器設(shè)備

X-射線衍射儀：德國(guó)Bruker公司D8型； 熒光分光光度計(jì)：美國(guó)Perkin Elmer 公司 LS-55型； 紫外儀：上海安亭電子儀器廠 ZF-2型； 真空干燥箱：上海樹立儀器儀表有限公司 ZKXF型。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

稱取一定量的Tb2O3溶于濃硝酸制備六水合硝酸鋱(Tb(NO3)3·6H2O)[10-11,19]。

按原料質(zhì)量比1∶2，準(zhǔn)確稱取0.5665 g OC和1.133 g Tb(NO3)3·6H2O溶于20 ml氯仿中，磁力攪拌6 h，使稀土金屬硝酸鹽完全溶解。加入50 ml甲醇回流1 h，過(guò)濾后分別用甲醇、水、丙酮洗滌3次得粗產(chǎn)品。將粗產(chǎn)品加入15 ml氯仿和55 ml甲醇混合溶液，回流1 h，重復(fù)上述洗滌過(guò)程[10-11,19]。洗滌產(chǎn)物放入真空干燥箱中，60℃干燥12 h，得到稀土鋱修飾的氧化纖維素復(fù)合材料，簡(jiǎn)稱為OC-Tb,收率94%～96%。

3 結(jié)果與討論

3.1 吸水率測(cè)試

稱取OC-Tb 0.5 g，置于潔凈干燥的培養(yǎng)皿中，稱重m1，加入適量水待粉體吸液飽和后，倒出多余水分，稱重m2，根據(jù)公式(1)計(jì)算吸水率(A)，經(jīng)多次測(cè)試后，吸水率為12～14倍。

A=(m2-m1)/0.5

(1)

圖1為OC-Tb吸水前(a)，吸水中(b)及吸水飽和(c)的圖片對(duì)比可知， OC-Tb能即時(shí)吸水，四周迅速吸水膨脹，能快速牽引水分穿透粉體，無(wú)夾心現(xiàn)象，表明其吸濕、引濕性能優(yōu)異。吸水飽和后，將培養(yǎng)皿傾斜可見，OC-Tb粉體吸水后有適當(dāng)?shù)哪坌裕苷w附著在培養(yǎng)皿上，顯示了其良好的粘結(jié)粘附性能。

圖1 OC-Tb的吸水測(cè)試

3.2 X-射線衍射(XRD)分析

圖2展示了OC(a)、OC-Tb(b)和OC與硝酸鋱簡(jiǎn)單摻雜(c)的XRD測(cè)試結(jié)果，顯示在10°≤n≤70°區(qū)間，表明三種材料整體表現(xiàn)為無(wú)定形形態(tài)，存在較寬的衍射峰，表明材料內(nèi)部的原子排布規(guī)律為：短程有序、長(zhǎng)程無(wú)序[10]。a中在21°附近呈現(xiàn)寬峰，而b中存在一些窄的衍射峰。按照OC和Tb(NO3)3·6H2O原料配比,摻雜和混合攪拌制成的OC與硝酸鋱簡(jiǎn)單摻雜材料，測(cè)試其衍射峰值，如曲線c所示。對(duì)比a和c，主要差別在c線的10°附近，出現(xiàn)了硝酸鋱的衍射峰，而依然呈現(xiàn)出有機(jī)基團(tuán)規(guī)則排列的衍射峰，這說(shuō)明簡(jiǎn)單摻雜不能呈現(xiàn)OC-Tb材料的完全無(wú)定形態(tài)。對(duì)比b和c，主要差別在b中的10°附近，無(wú)簡(jiǎn)單摻雜的硝酸鋱衍射峰，證明OC-Tb材料中，稀土鋱離子和氧化纖維素的羧基基團(tuán)成功配位，而不存在硝酸鋱，整體呈現(xiàn)出非晶態(tài)。

圖2OC(a)、OC-Tb(b)和OC與硝酸鋱簡(jiǎn)單摻雜(c)X-射線衍射圖

Fig2TheX-raydiffractionspectraofOC(a)、OC-Tb(b),OCdopedwithTerbium(III)nitrates(c)

3.3 熒光光譜分析

OC-Tb的激發(fā)光譜(見圖3)，可以檢測(cè)含有鋱復(fù)合材料在545 nm處的發(fā)射強(qiáng)度隨激發(fā)波長(zhǎng)的變化情況。OC-Tb在280 nm呈現(xiàn)一個(gè)吸收峰，說(shuō)明Tb3+與氧化纖維素中的羧基存在能量傳遞，具備發(fā)光性能。

圖3OC-Tb的激發(fā)光譜

Fig3TheexcitationspectraofOC-Tb

在298 K，282 nm波長(zhǎng)的紫外光激發(fā)下，檢測(cè)OC-Tb中鋱離子的綠色特征發(fā)射光譜，見圖4。發(fā)射波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)f-f能級(jí)的躍遷，分別為487 nm處的5D4→7F6躍遷和544 nm處的5D4→7F5[10-11,19]。較低的基線表明Tb3+與氧化纖維素中的羧基存在有效的能量傳遞過(guò)程，其能量傳遞效率比較高，不存在有機(jī)基團(tuán)的自發(fā)光現(xiàn)象。

圖4OC-Tb的發(fā)射光譜

Fig4TheemissionspectraofOC-Tb

3.4 紫外光照射

圖5為OC(a)和OC-Tb(b)放置在365 nm的紫外光照射下，b顯示明顯的綠色熒光，而a無(wú)熒光。結(jié)果表明，Tb3+與氧化纖維素中的羧基存在有效的能量傳遞過(guò)程，呈現(xiàn)綠色發(fā)光現(xiàn)象。

圖5OC(a)和OC-Tb(b)的紫外光照射

Fig5TheUVirradiationofOC(a)andOC-Tb(b)

4 結(jié)論

本研究將稀土鋱硝酸鹽以共價(jià)鍵形式鍵接到選擇性氧化纖維素的羧基基質(zhì)上，成功制備稀土修飾氧化纖維素醫(yī)用敷料。該敷料能即時(shí)吸水，快速牽引水分，吸水率可達(dá)到12～14倍，具有優(yōu)異的吸濕引濕性能。Tb3+與氧化纖維素中的羧基存在有效的能量傳遞過(guò)程，在365 nm波長(zhǎng)的紫外光照射下，能發(fā)出綠色特征光，具有良好的熒光性能。該敷料既可以用于創(chuàng)面止血、促進(jìn)創(chuàng)面修復(fù)和愈合，通過(guò)紫外光照射，還可以檢測(cè)示蹤止血后的生物分子、特殊標(biāo)記傷口感染區(qū)域以及其他特征光學(xué)顯示等，具有很好的臨床應(yīng)用前景。