强吸附型纳米银溶液的研制及在抗菌医用敷料中的应用Yd15122
张峰 武娜娜 徐思峻 许丹晨 陈宇岳
作者简介： 张峰，男，1971年生，博士，副教授，主要从事纺织材料改性研究工作。
作者单位：张峰、武娜娜，沙洲职业工学院纺织工程系；徐思峻，张家港耐尔纳米科技有限公司、苏州大学纺织与服装工程学院；许丹晨，张家港耐尔纳米科技有限公司；陈宇岳，苏州大学纺织与服装工程学院。
基金项目：2011年江苏省大学生实践创新训练计划项目(苏教高[2011]25号)；张家港市科技孵化项目(编号：ZFH1004)；江苏省“青蓝工程”资助(苏教师[2010]27号)。
原载:纺织导报2012/5;92-94
在临床上，伤口很容易感染而不易愈合，这是由于伤口表面一般有一个温暖而且潮湿的环境，金黄色葡萄球菌、念珠菌和大肠杆菌等病原体在伤口上很快繁殖引起的。为了控制伤口细菌的繁殖，防止伤口感染，大量医用敷料被广泛应用于伤口覆盖保护，并在医用敷料使用的同时考虑加入抗生素或各种各样的抗菌材料，以协助控制止血、保护伤口、减少感染、吸收分泌物、保持体温和促进伤口愈合。
虽然抗生素和有机抗菌剂起效迅速，但是细菌种类繁多，抗生素和有机抗菌剂的抗菌作用有限，且长期使用会使细菌产生耐药性，因此人们忙于开发更多的抗菌材料。纳米银因其优良的抗菌性、无耐药性和生物相容性，在医用敷料中的应用已被广泛重视。如银离子抗菌敷料现己广泛地应用于烧烫伤外科、多种疾病引起的皮肤溃疡，特别是用于对久治不愈的褥疮或其他慢性感染创面，而对于作战部队因海水浸蚀伤口造成的各种炎症治愈也有其特殊疗效。
国内外纳米银抗菌敷料的开发重点主要集中在2个方面，一是纳米银的制备，二是纳米银与医用敷料结合加工技术。在纳米银的制备及其应用于医用敷料的加工过程中，普遍存在以下问题：(1)纳米银制备方法复杂，往往需加入合适的还原剂、稳定剂和分散剂，即便如此，纳米银的团聚仍很难控制，纳米银的颗粒大小不均匀；(2)在应用于医用敷料的加工过程中，纳米银颗粒与纤维材料无亲和力，往往仅仅依靠烘干固着或需选择合适的交联剂、粘合剂，使纳米银抗菌剂固着在纤维制品上。但这些稳定剂、分散剂、交联剂和粘合剂的应用不仅会影响医用敷料的手感、透气性，同时亦带来了潜在的应用安全性问题。
基于以上原因，迫切需要寻求一种简易的纳米银分散体系的制备方法，并且能方便地应用于医用敷料的加工过程中，在获得优异抗菌性能的同时不影响医用敷料本身的性能指标，特别是天然医用敷料的优异性能。本研究即旨在制备具有强吸附性能的纳米银溶液，并应用于烧烫伤抗菌网状纱布、烧烫伤抗菌水刺非织造布及载银海藻酸钙纤维止血垫，以期获得优异抗菌性能的纳米银抗菌医用敷料。
1 实验部分
1.1 原材料
实验材料：烷基化环糊精(实验室自制)；AgNO3，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；烧烫伤抗菌网状纱布、烧烫伤水刺非织造布及海藻酸钙纤维止血垫(采用自制耐尔®纳米银溶液加工)。
1.2 试验方法
1.2.1 强吸附型纳米银溶液的制备方法
将一定质量百分比的烷基化环糊精水溶液与一定质量摩尔浓度的银氨溶液混合，在100℃的温度条件下搅拌20min，即获得平均粒径为5～10 nm的纳米银溶液(详见笔者申请的发明专利)。
1.2-2 纳米银颗粒形貌表征
参照JY／T 01 1～1996透射电镜方法通则，采用Tecnai G220透射电镜(FEI，美国)观察纳米银颗粒的形貌与粒径(苏州大学检测中心检测)。
1.2-3 纳米银溶液的抗菌性能、急性毒性测试
采用 消毒技术规范 (2002版)2.1.1.7细菌定量杀灭试验测试纳米银溶液的抗菌性能(上海SGS检测中心检测)；按GB15193.3-2003检测纳米银溶液的急性毒性(广州工业微生物检测中心检测)。
1.2-4 纳米银抗菌敷料加工方法
烧烫伤抗菌网状纱布加工方法：纯棉散纤维染色水洗后，在染缸中直接加入金黄色纳米银溶液，直到溶液呈无色透明时将纯棉散纤维取出烘干，经纺纱、整经、上浆、织造、退浆、定形、分切得各种规格烧烫伤抗菌网状纱布。
烧烫伤抗菌水刺布加工方法：棉、粘胶棉散纤维染色水洗后，在染缸中直接加入金黄色纳米银溶液，直到溶液呈无色透明时将棉、粘胶散纤维取出后烘干，采用水刺法制得非织造布，覆膜、分切得各种规格烧烫伤抗菌水刺布。载银海藻酸钙纤维止血垫加工方法：将海藻酸钙纤维浸渍于一定浓度的纳米银溶液中，搅拌至溶液接近无色透明后取出，再放入乙醇溶液中，浸渍30 min左右，取出烘干。经针刺法制得非织造布，分切得各种规格载银海藻酸钙纤维止血垫(详见笔者申请的发明专利)。
1.2.5 纳米银抗菌敷料的抗菌性能测试
根据客户要求，分别采用GB 15979-2002((一次性使用卫生用品卫生标准 ，附录C5非溶出性抗(抑)菌产品抑菌性能试验方法检测烧烫伤抗菌网状纱布的抗菌性能；采用ASTME2149-2010在动态接触条件下固定抗菌剂抗菌活性测定的标准试验方法检测烧烫伤抗菌水刺布的抗菌性能；采用AATCC 100-2004 纺织品材料上耐细菌整理试验方法》检测载银海藻酸钙纤维止血垫的抗菌性能(上述检测均委托上海SGS检测中心检测)。
2 结果与讨论
2.1 纳米银溶液的制备及其性能
2.1.1 纳米银溶液的制备
按照笔者中请的发明专利[文献4]介绍的方法，以烷基化环糊精为还原剂、稳定剂与硝酸银发生反应，一步法制备了纳米银溶液，采用透射电镜表征纳米银的形成、粒径分布和形态，结果如图l所示。TEM测试结果表明，获得的纳米银溶液中纳米银的粒径分布范围较窄，纳米银平均粒径在5～10 nm左右。
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图1 纳米银的TEM图 |
烷基化环糊精和硝酸银一步法制备纳米银溶液的可能机理是：烷基化环糊精属于多糖化合物，本身具有还原能力，在加热条件下能将银离予还原成为单质银；烷基化环糊桶的分予结构由二部分构成，一是亲水性环状糊精分千，二是疏永性长链烷基，具有表面活性剂的结构特征，本身对纳米银有一定的分散和稳定作用;同时烷基化环糊精特殊的空腔结构，可能会对纳米银颗粒具有包和作用，从而防止了纳米银颗粒的团聚，确保了纳米银溶液的稳定性。试验结果表明，采用该方法制备的纳米银溶液稳定性极强，放置1年以上未出现纳米银团聚和沉淀的现象。
2.1.2 纳米银溶液的抗菌性能
将l 000µg／mL的标准纳米银溶液稀释至lO µg／mL、5 µg／mL，纳米银溶液.以格兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(S.aureus)和格兰氏阴性菌大肠杆菌(E.coil)为例，采用《消毒技术规范》(2002版)2.1.1.7细菌定量杀灭试验测试纳米银溶液的抗菌性能(SGS检测中心检测),结果如表l。
表1 纳米银溶液对大肠杆菌的抗菌性能
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大肠杆菌 |
0h细菌回收(cfu/mL) |
0.5细菌回收(cfu/mL) |
0.5h抗菌率/% |
1h细菌回收(cfu/mL) |
1h抗菌率/% |
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对照样 |
1.2×104 |
1.1×104 |
- |
1.1×104 |
- |
|
10 µg／mL |
6.3×102 |
＜50 |
＞99 |
＜50 |
＞99 |
|
5 µg／mL |
5.4×102 |
＜50 |
＞99 |
＜50 |
＞99 |
表2 纳米银溶液对金黄色葡萄球菌的抗菌性能
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金黄色葡萄球菌 |
0h细菌回收(cfu/mL) |
0.5细菌回收(cfu/mL) |
0.5h抗菌率/% |
1h细菌回收(cfu/mL) |
1h抗菌率/% |
|
对照样 |
2.9×104 |
2.5×104 |
- |
2.3×104 |
- |
|
10 µg／mL |
7.0×101 |
＜50 |
＞99 |
＜50 |
＞99 |
|
5 µg／mL |
2.5×103 |
＜50 |
＞99 |
＜50 |
＞99 |
从表l和表2可以看出，当纳米银浓度达到5 µg／mL时，即表现出极强的抗菌性能.抗菌率达到99％以上，体现了该纳米银溶液优异的抑菌和杀菌性能。
2.1.3 纳米银溶液的急性毒性测试
按GB15193-3-2003检测纳米银溶液的急性毒性(广州工业微生物检测中心检测)，结果表明所测该纳米银溶液小鼠急性经口服LD50>5 000 mg／kg体重，属实际无毒。
2.2 纳米银溶液在抗菌敷料加工的应用及抗菌性能
2.2.1 纳米银溶液在抗菌敷料加工的应用
采用该纳米银溶液应用于烧烫伤抗菌网状纱布、烧烫伤抗菌水刺布和载银海藻酸钙纤维止血垫等纳米银抗菌敷料的加工。在加工过程中，发现纳米银溶液中纳米银颗粒与棉、粘胶和海藻酸钙纤维等纤维材料具有极强的吸附力，这一方面可确保加工过程中纳米银溶液的充分利用，另一方面还使得纳米银抗菌敷料在使用过程中，可尽可能减少纳米银颗粒的脱落和被人体吸收程度，进一步提高了纳米银抗菌敷料的应用安全性。
2.2.2 纳米银抗菌敷料的抗菌性能
为了确认采用该纳米银溶液加工的抗菌敷料的抗菌性能，根据客户要求分别采用不同的检测标准委托SGS检测中心对烧烫伤抗菌网状纱布、烧烫伤抗菌水刺布和载银海藻酸钙纤维止血垫等纳米银抗菌敷料的抗菌性能。采用GB15979-2002《一次性使用卫生用品卫生标准》，附录C5非溶出性抗(抑)菌产品抑菌性能试验方法检测烧烫伤抗菌网状纱布(银含量>250 mg／kg)的抗菌性能(表3)。
表3 烧烫伤抗菌网状纱布的抗菌性能
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试验菌种 |
样品名称 |
样品接触菌液后接触时间所获得的细菌数量(cfu/mL) |
测试样品与对照样品 |
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|
“0”时间 |
“1”时间 |
抑菌率% |
抑菌率差值% |
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|
大肠埃希氏菌8099 |
测试样品 |
2.7×102 |
＜2 |
＞99 |
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|
对照样品 |
4.9×104 |
4.9×104 |
0 |
＞99 |
|
|
空白 |
4.8×104 |
4.7×104 |
/ |
|
|
|
金黄色葡萄球菌ATCC6538 |
测试样品 |
2.7×102 |
＜2 |
＞99 |
|
|
对照样品 |
2.8×104 |
2.7×104 |
3.6 |
＞95 |
|
|
空白 |
2.7×104 |
2.8×104 |
/ |
|
|
|
白色念珠菌ATCC10231 |
测试样品 |
4.7×104 |
4.6×102 |
99 |
|
|
对照样品 |
5.5×104 |
5.1×104 |
7.2 |
92 |
|
|
空白 |
5.5×104 |
5.8×104 |
/ |
|
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采用ASTM E 2149-2010在动态接触条件下固定抗菌剂抗菌活性测定的标准试验方法检测烧烫伤抗菌水刺布(银含量>250 mg／kg)的抗菌陛能，结果如表4。
表4 烫伤抗菌水刺布的抗菌性能
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试验菌种 |
在不同时间洗脱后获得的细菌数（cfu/mL） |
细菌减少率% |
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/ |
“0”接触时间 |
“1”接触时间 |
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|
白色念珠菌ATCC10231 |
样品1g |
/ |
＜30 |
＞99 |
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空白 |
2. 3×105 |
2.8×105 |
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采用AATCC 100-2004 纺织品材料上耐细菌整理试验方法))检测载银海藻酸钙纤维止血垫(银含量>12 000mg／kg)的抗菌性能，结果分别如表5。
表5 载银海藻酸钙纤维止血垫的抗菌性能
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试验菌种 |
在不同时间洗脱后获得的细菌数（cfu/mL） |
细菌减少率% |
||
|
/ |
“0”接触时间 |
“18”接触时间 |
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|
白色念珠菌ATCC10231 |
测试样品 |
1.7×105 |
＜50 |
＞99 |
|
空白 |
1.5×105 |
1.9×105 |
||
所有检测结果表明，经该纳米银溶液加工的纳米银抗菌敷料均体现了优异的抗菌性能。
3 结论
以烷基化环糊精和硝酸银为原料一步法制备了纳米银溶液，纳米银粒径在5～10 nm左右；纳米银颗粒大小分布均匀、稳定 皂优异；抗菌试验表明，当纳米银浓度为5µg／mL时即可获得优异的抗菌效果，抑菌率超过99％。
将该纳米银溶液应用于烧烫伤抗菌网状纱布、烧烫伤抗菌水刺布和载银海藻酸钙纤维止血垫，体现了纳米银对纤维材料的强吸附性能，并实现了纳米银抗菌敷料优异的抗菌性能。
参考文献
[1]杨东辉.纳米银溶胶的制备及抗茵性能的研[J]辽宁大学学报，2010，37(4)：314-317.
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[3]秦益民.在医用敷料中添加银离子的方法『J].纺织学报，2006，27(12)：109-112.
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