宋路平，閔爾君，王英灃，王旭

(安徽工程大學(xué)，紡織服裝學(xué)院，安徽蕪湖 241000)

醫(yī)用敷料在人體創(chuàng)傷組織愈合過(guò)程中起到保護(hù)創(chuàng)口、吸收滲透液、防止外界細(xì)菌感染、促進(jìn)傷口愈合等作用[1]。目前，市場(chǎng)上大部分敷料仍以傳統(tǒng)紗布、脫脂棉、繃帶為主，這使得在更換敷料時(shí)易出現(xiàn)紗布與傷口皮膚黏連，造成傷口撕扯，進(jìn)而增加患者痛苦[2]。因此，開發(fā)新型傷口敷料受到國(guó)內(nèi)外研究者重視。近幾年，國(guó)內(nèi)外新型敷料主要有液體類敷料、泡沫類敷料、水凝膠敷料、薄膜類敷料等[3]，其中，以靜電紡絲技術(shù)制備的纖維膜類傷口敷料，因其超高比表面積、孔隙率以及類細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)能有效促進(jìn)傷口愈合，受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注[4]。

筆者基于靜電紡絲技術(shù)制備聚偏氟乙烯(PVDF)/聚丙烯腈(PAN)/左氧氟沙星傷口敷料。PVDF是一種具有柔性且質(zhì)輕的多晶型聚合物，主要包含α，β，γ三種晶型，其中β晶型為全反式構(gòu)象的極性結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出極強(qiáng)的壓電效應(yīng)[5-6]。靜電紡PVDF纖維膜不僅具有輕薄、柔軟的特質(zhì)，且靜電紡絲有利于α晶型向β晶型發(fā)生轉(zhuǎn)變，從而增強(qiáng)纖維膜的壓電性能。已有研究表明給予傷口處一定電刺激，可有效促進(jìn)傷口愈合[7]。但考慮到PVDF具有疏水性，在紡絲液中增加具有抗菌作用的抗生素類藥物左氧氟沙星，同時(shí)并添加改善PVDF親水性的PAN，以提高傷口敷料的綜合性能。通過(guò)對(duì)三種組分的不同配比，探討其可紡性、外觀形貌、晶型分析、親水性、體外釋藥性、抗菌性等，為該類傷口敷料的制備提供有價(jià)值的參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

PVDF：相對(duì)分子量15萬(wàn)，上海三愛富新材料股份有限公司上海華誼公司；

PAN：相對(duì)分子量8萬(wàn)，上海巴斯夫化工有限公司；

左氧氟沙星：純度≥98%，上海麥克林試劑有限公司；

二氯甲烷(DCM)：分析純，純度≥99.5%，上海泰坦科技股份有限公司；

N，N-二甲基甲酰胺(DMF)：分析純，純度≥99.5%，上海泰坦科技股份有限公司。

1.2 主要儀器及設(shè)備

集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：DF-101S型，河南省予華儀器有限公司；

靜電紡絲機(jī)：TL-01型，深圳市通力微納科技有限公司；

場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)：S-4800型，日本日立公司；

紅外光譜分析儀：IRPrestige-21型，日本島津公司；

X射線衍射(XRD)儀：D8型，德國(guó)Bruker公司；

恒溫振蕩器：BSI-3型，上海一恒儀器有限公司；

紫外可見分光光度計(jì)：UV-5500PC型，上海元析儀器有限公司。

1.3 試樣制備

(1) 純PVDF紡絲液配備。

將不同質(zhì)量(1.6，2.0，2.4 g)的聚偏氟乙烯粉末分別加入錐形瓶中，再往錐形瓶中滴加DMF與DCM (質(zhì)量比7∶1)的混合溶劑，直至溶液總質(zhì)量為20 g，再將錐形瓶放入恒溫磁力攪拌器中攪拌12 h后得到PVDF質(zhì)量含量為8%，10%，12%的紡絲液。

(2) PVDF/左氧氟沙星復(fù)合紡絲液配備。

將2.0 gPVDF粉末和不同質(zhì)量(0.3，0.5，0.7 g)的左氧氟沙星粉末溶于DMF與DCM (質(zhì)量比7∶1)的混合溶劑中，與上述方法相同，配成左氧氟沙星質(zhì)量含量分別為1.5%，2.5%，3.5%的復(fù)合紡絲液。

(3) PVDF/PAN/左氧氟沙星復(fù)合紡絲液配備。

將2.0 gPVDF粉末和不同質(zhì)量(0.3，0.5，0.7 g)的左氧氟沙星粉末溶于DMF與DCM (質(zhì)量比7∶1)的混合溶劑中，再往紡絲液中添加0.5 g PAN，與上述方法相同，制成左氧氟沙星含量分別為1.5%，2.5%，3.5%的復(fù)合紡絲液。將2.0 gPVDF粉末和0.3 g左氧氟沙星粉末溶于DMF與DCM (質(zhì)量比7∶1)的混合溶劑中，再往紡絲液中添加不同質(zhì)量(0.1，0.3，0.5 g)的PAN，與上述方法相同，制得PAN含量為0.5%，1.5%，2.5%的復(fù)合紡絲液。

(4) 靜電紡復(fù)合纖維膜納米纖維膜的制備。

將配置好的紡絲液置于注射器中在高壓靜電紡絲機(jī)上紡絲。設(shè)置紡絲參數(shù)為接收距離18 cm、紡絲速率0.9 mL/h、紡絲電壓17 kV；靜電紡絲機(jī)內(nèi)部溫度設(shè)置35 ℃、相對(duì)濕度60% rh。在此條件下進(jìn)行紡絲，制備出不同成分及比例的復(fù)合纖維膜，探索最佳含藥及PAN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，將制得的纖維膜放于50 ℃的烘箱烘干待用。

1.4 測(cè)試與表征

微觀形貌觀察：將制備好的復(fù)合纖維膜用雙面導(dǎo)電膠固定于樣品臺(tái)上噴金處理20 s后，置于掃描電子顯微鏡中進(jìn)行微觀形貌觀察。

復(fù)合纖維膜化學(xué)成分測(cè)試：采用紅外光譜分析儀對(duì)復(fù)合纖維膜在4 000～500 cm-1內(nèi)進(jìn)行掃描，觀察其波峰。

復(fù)合纖維膜晶型測(cè)試：采用XRD粉末衍射儀對(duì)復(fù)合纖維的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。設(shè)置測(cè)試電壓為40 kV，測(cè)試電流40 mA，掃描速度5(°)/s，掃描角度5°～60°。

親水性能測(cè)試：采用接觸角儀器對(duì)含有不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PAN的復(fù)合纖維膜進(jìn)行測(cè)試。

體外釋藥測(cè)試：取復(fù)合纖維膜(3.4 mg)浸入100 mL磷酸鹽緩沖液中，置于恒溫振蕩器(參數(shù)：37 ℃，130 r/min)，前兩小時(shí)每隔20 min取出4 mL溶液在293 nm處測(cè)其吸光度(OD)值，測(cè)完后立即將取出的溶液倒回，后6 h每隔3 h測(cè)其OD值。

抗菌性能測(cè)試：分別選取大腸桿菌和金黃色葡萄球菌作為菌種，選取無(wú)水乙醇為陽(yáng)性對(duì)照組，生理鹽水為陰性對(duì)照組，將菌液與培養(yǎng)皿上的營(yíng)養(yǎng)肉湯混勻，將纖維膜貼在培養(yǎng)皿上，置于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。觀察抑菌圈大小，計(jì)算抑菌圈直徑。該組實(shí)驗(yàn)設(shè)置三個(gè)平行樣品。

2 結(jié)果與討論

2.1 微觀形貌分析

(1) PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)纖維微觀形貌的影響。

圖1為單紡PVDF在8 kV下的SEM圖，當(dāng)紡絲液中PVDF質(zhì)量含量為8%時(shí)，纖維出現(xiàn)大量串珠結(jié)構(gòu)，粗細(xì)極度不均勻，考慮PVDF濃度過(guò)低，導(dǎo)致紡絲液整體黏度不夠，表面張力過(guò)小而不易成絲。當(dāng)紡絲液中PVDF質(zhì)量含量為10%時(shí)，射流在電場(chǎng)力的牽引下平穩(wěn)拉伸成粗細(xì)均勻的纖維[8]，紡絲效果好，纖維成形性高。當(dāng)紡絲液中PVDF質(zhì)量含量為12%時(shí)，紡絲液黏度過(guò)大，射流到達(dá)針頭時(shí)不能及時(shí)牽引拉伸，易形成黏連，針頭容易堵塞，不易紡絲。綜合考慮，采取10%的PVDF進(jìn)行混合紡絲。

圖1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PVDF的紡絲液制備的純纖維膜

(2) 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的藥物對(duì)纖維形態(tài)的影響。

當(dāng)固定紡絲液中PVDF質(zhì)量含量為10%時(shí)，依次添加梯度質(zhì)量的左氧氟沙星及相同含量PAN，使復(fù)合紡絲液中左氧氟沙星質(zhì)量含量達(dá)到1.5%，2.5%，3.5%，4.5%，并將紡絲液置于靜電紡絲機(jī)上進(jìn)行紡絲。當(dāng)左氧氟沙星含量為4.5%時(shí)，紡絲液出現(xiàn)過(guò)飽和狀態(tài)，考慮藥物不能溶解完全，無(wú)法制備復(fù)合纖維膜。圖2a～圖2c依次為含藥量為1.5%，2.5%，3.5%的復(fù)合纖維膜電鏡圖。由圖可知，通過(guò)靜電紡絲技術(shù)可成功將PVDF、左氧氟沙星和PAN制備成復(fù)合纖維膜且纖維形貌均良好，平均直徑依次可達(dá)(1 125±105)，(1 405±85)，(1 568±90) nm。

圖2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)左氧氟沙星紡絲液制備的復(fù)合纖維膜圖

2.2 纖維膜晶型測(cè)試分析

圖3為左氧氟沙星粉末、PVDF粉末及不同纖維膜紅外光譜圖。由圖3可知，PVDF粉末在1 189，871 cm-1處顯示明顯特征峰是C—F伸縮振動(dòng)，也是α晶型主要特征峰[9]。純PVDF纖維膜在854，1 238 cm-1處顯示出β晶型主要特征峰[10]。PVDF/PAN/左氧氟沙星復(fù)合纖維膜紅外仍顯示出PVDF纖維膜主峰，表明PVDF粉末經(jīng)靜電紡絲技術(shù)紡絲成纖維膜，由α晶型轉(zhuǎn)變?yōu)棣戮?，且在加入PAN和左氧氟沙星后并未影響PVDF晶型。在純PAN纖維膜的紅外光譜中，1 454 cm-1顯示出明顯特征峰是—CH2變形振動(dòng)，1 732，2 242 cm-1處分別對(duì)應(yīng)羰基、氰基特征峰[11]。在左氧氟沙星粉末紅外圖譜中，1 618，1 726 cm-1處分別對(duì)應(yīng)左氧氟沙星羰基的振動(dòng)拉伸、羧基中的C=O伸展[12]。在復(fù)合纖維膜中左氧氟沙星和PAN的主要特征峰雖略有偏移，但仍能觀察到，表明三種物質(zhì)在復(fù)合紡絲時(shí)，物質(zhì)本身結(jié)構(gòu)都未遭到破壞，仍穩(wěn)定存在于復(fù)合纖維膜中。

圖3 左氧氟沙星粉末、PVDF粉末及不同纖維膜紅外光譜圖

2.3 纖維膜化學(xué)成分測(cè)試

圖4為不同纖維膜及PVDF粉末的XRD圖。從圖4可以看出，PVDF粉末在2θ為18.2°，20.1°，26.6°處顯示出明顯特征峰對(duì)應(yīng)α晶型[13]。經(jīng)靜電紡絲技術(shù)加工后，純PVDF纖維膜中可明顯觀察到α晶型特征峰全部消失，在2θ=22.4°處產(chǎn)生一個(gè)新峰，是β晶型特征峰[14]。分析原因，靜電紡絲過(guò)程中紡絲液在電場(chǎng)力下牽引拉伸成纖維過(guò)程中發(fā)生了極化，誘導(dǎo)PVDF結(jié)構(gòu)由α晶型轉(zhuǎn)變?yōu)棣戮蚚15]。在復(fù)合纖維膜中仍顯示出與純PVDF膜相同的晶型特征峰，表明在加入PAN和左氧氟沙星后并未對(duì)PVDF晶型結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，PVDF仍以β晶型結(jié)構(gòu)形式穩(wěn)定存在于復(fù)合纖維膜中，與前文紅外中的結(jié)果一致。β晶型具有很強(qiáng)壓電效應(yīng)，故含有β晶型的纖維膜能對(duì)皮膚產(chǎn)生一定電刺激進(jìn)而促進(jìn)傷口愈合。

圖4 不同纖維膜及PVDF粉末XRD圖

2.4 親水性能測(cè)試

圖5和表1為制得的PVDF/左氧氟沙星和PVDF/PAN/左氧氟沙星復(fù)合納米纖維膜接觸角測(cè)試圖和取相同秒數(shù)間隔時(shí)測(cè)得的接觸角數(shù)據(jù)。由圖5和表1可知，在30 s時(shí)PVDF/左氧氟沙星復(fù)合纖維膜接觸角為128.6°，而在PVDF/左氧氟沙星紡絲液中添加梯度質(zhì)量PAN，得到PAN質(zhì)量含量為0.5%，1.5%，2.5%的復(fù)合紡絲液制備出的纖維膜在30 s時(shí)接觸角依次為114.8°，82.9°，36.5°。表明在相同時(shí)間內(nèi)，添加PAN的復(fù)合纖維膜較PVDF/左氧氟沙星復(fù)合纖維膜的接觸角具有明顯的下降趨勢(shì)，且隨著PAN含量的增加，接觸角下降幅度逐漸增大。分析原因，PVDF材料中無(wú)親水基團(tuán)，PVDF分子內(nèi)部形成的氫鍵太強(qiáng)[16]，水中的電負(fù)性不足以使其氫鍵分離，故PVDF具有疏水性，PAN因含有氰基親水基團(tuán)而具備親水性[17]，因此，添加PAN進(jìn)行紡絲能有效提高復(fù)合纖維膜的親水性能。因此，可促進(jìn)傷口表面氣液交換，維持傷口濕潤(rùn)度，使纖維膜與皮膚更加貼合，給傷口處提供柔軟舒適的環(huán)境。

圖5 相同時(shí)間間隔下的不同纖維膜接觸角圖

表1 相同時(shí)間間隔下不同纖維膜的接觸角 (°)

2.5 體外釋藥測(cè)試

圖6為左氧氟沙星標(biāo)準(zhǔn)曲線及釋放曲線圖，經(jīng)線性擬合，得到左氧氟沙星的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程Y=0.086 2X-0.009 6。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程可由測(cè)出的吸光度推算出釋放體系中左氧氟沙星濃度。

圖6 藥物標(biāo)準(zhǔn)曲線及釋放曲線圖

圖6b為左氧氟沙星體外釋藥累計(jì)釋放率，可以看出左氧氟沙星在前兩個(gè)小時(shí)內(nèi)快速釋放，釋放累計(jì)速率達(dá)到70%，后四個(gè)小時(shí)內(nèi)藥物緩慢釋放，最終釋藥率可達(dá)約80%。表明該藥物作為傷口敷料釋藥性能優(yōu)異，根據(jù)釋放時(shí)長(zhǎng)可應(yīng)用于半日次敷料。

2.6 抗菌性能測(cè)試

圖7、圖8分別為不同左氧氟沙星含量的復(fù)合紡絲液制備出的纖維膜對(duì)大腸桿菌和金黃葡萄球菌的抑制效果圖。由圖可知，當(dāng)復(fù)合紡絲液中左氧氟沙星質(zhì)量含量分別為1.5%，2.5%，3.5%時(shí)，制備出的纖維膜對(duì)大腸桿菌抑菌圈直徑依次為2.8，3，3.5 cm，對(duì)金黃色葡萄球菌抑菌圈直徑依次為2.6，3.1，3.6 cm。表明左氧氟沙星對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均有明顯的抑制作用，且隨左氧氟沙星含量的增加，抑菌圈直徑明顯增大，抑制效果逐步增強(qiáng)。因此該復(fù)合纖維膜具有很好的抗菌性能，適合用作傷口敷料。

圖7 藥物對(duì)大腸桿菌抗菌性能測(cè)試圖

圖8 藥物對(duì)金黃葡萄球菌抗菌性能測(cè)試圖

3 結(jié)論

通過(guò)靜電紡絲技術(shù)制備了PVDF/PAN/左氧氟沙星復(fù)合纖維膜，并對(duì)其微觀形貌、化學(xué)成分、晶型結(jié)構(gòu)、親水性能、抗菌性能進(jìn)行分析得到以下結(jié)論：

(1)當(dāng)復(fù)合紡絲液中PVDF質(zhì)量含量為10%，PAN質(zhì)量含量為2.5%時(shí)，制備出的復(fù)合纖維膜的纖維粗細(xì)均勻、形貌良好，且在一定范圍內(nèi)纖維直徑隨復(fù)合紡絲液中左氧氟沙星含量增加而逐漸增大。

(2)紅外和XRD測(cè)試表明紡絲過(guò)程中三種物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)均未遭到破壞，仍穩(wěn)定存在于復(fù)合纖維膜中，且PVDF由α晶型轉(zhuǎn)變?yōu)棣戮停虼司邆湟欢▔弘娦?yīng)。

(3)接觸角測(cè)試表明添加PAN能有效提高復(fù)合纖維膜的親水性能?？咕鷾y(cè)試和體外釋藥表征說(shuō)明復(fù)合纖維膜具有快速釋藥和優(yōu)異的抗菌性能，適用于作傷口敷料。