【摘要】
為了增強載銀納米纖維膜的力學性能及抗菌性能，東北林業大學材料科學與工程學院教授韓廣萍課題組將殼寡糖（COS）接枝到羧化纖維素（CCN）表面以此作為納米銀（AgNP）的穩定劑。以聚乙烯醇（PVA）為基質，通過靜電紡絲制備了納米銀浸漬纖維素增強的CCN-COS-AgNP/PVA纖維膜，研究了CCN-COS-AgNP含量對纖維膜的形貌、表面組成、力學性能及抗菌性能的影響。與純PVA納米纖維相比，CCN-COS-AgNP的加入不僅改善了PVA纖維膜的力學性能，同時對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌具有良好的抗菌性能。當添加8 wt% CCN-COS-AgNP時，纖維膜的拉伸強度從4.40 MPa提高到8.60 MPa。當添加10 wt%的CCN-COS-AgNP時，納米纖維對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌具有優異的抗菌活性，最大抑制區分別為2.30和1.60 cm。此外，2wt% CCN-COS-AgNP/PVA纖維膜對mg63人源成骨細胞表現出126 %的細胞存活率。總體來說，靜電紡PVA膜在生物醫學領域具有廣闊的應用前景。
【研究背景】
銀納米粒子（AgNP）作為一種有效的抗菌劑，具有較大的活性表面積，較高的表面電荷密度以及較低的細胞毒性，在多個領域顯示出非常重要的作用，如基于銀浸漬的抗菌敷料、飲用水凈化膜、組織支架等。在眾多制備AgNP的方法中，靜電紡絲作為一種制備納米結構材料的有效技術，所制備的載銀納米纖維膜具有優異的抑菌性能、較高的比表面積、高的孔隙率等，同時纖維基體兼具高溫穩定性和低揮發性的特點。然而AgNP在纖維基體中的不均勻分布和團聚直接導致材料的抗菌性能下降，為此，大量研究人員嘗試在制備AgNPs期間，通過添加穩定劑（如表面活性劑、水凝膠、聚合物等）的方式來調控納米顆粒在纖維基體中的分散性問題。此外，纖維的力學性能對于材料實際應用發揮著至關重要的作用，不僅可以維持纖維膜穩定的孔隙結構提高細胞的生長增殖，還可增強材料的耐用性等。因此，設計和開發一種兼具抗菌活性及力學性能的生物材料具有重要意義。
【亮點】
本研究充分利用殼寡糖（COS）較好的水溶性和生物活性，結合納米纖維素（CNC）可為材料提高其力學性能以及增強材料的抗菌活性等優勢，對納米纖維素進行羧化，并以酰胺鍵的形式將COS接枝到羧化纖維素（CCN）表面，以此作為AgNP的穩定劑，獲得分散性及穩定性良好的CCN-COS-AgNP。以聚乙烯醇(PVA)為基體，通過靜電紡絲技術制備CCN-COS-AgNP/PVA纖維膜，使纖維兼具良好的抗菌活性及力學性能。
【結論】
在這項研究中，通過化學修飾和靜電紡絲制備了具有優異力學性能及抗菌性能的CCN-COS-AgNP/PVA纖維膜。FTIR結果表明COS與CCN通過酰胺鍵成功接枝。SEM及TEM顯示在CCN-COS-AgNP含量為6 wt%時AgNPs可在纖維內部及表面均勻分散。當CCN-COS-AgNP含量為8 wt%時，纖維膜的拉伸強度為8.60MPa，斷裂伸長率為37.2 %。CCN-COS-AgNP/PVA纖維膜對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌表現出優異的抗菌活性，且對金色葡萄球菌的抗菌活性優于大腸桿菌。此外，當CCN-COS-AgNP含量小于6 wt%時，CCN-COS-AgNP/PVA纖維膜具有較低毒性。本研究為制備CCN-COS-AgNP/PVA納米纖維膜提供了一種新的方法，其在生物醫學領域具有潛在的應用前景。
【文章詳情】
Electrospun PVA Nanofibrous Membranes Reinforced with Silver Nanoparticles Impregnated Cellulosic Fibers: Morphology and Antibacterial Property
YAN Jie, WANG Dong, BAI Tian, CHENG Wanli, HAN Guangping*, NI Xiaohui* and SHI Q. Sheldon*
Chem. Res. Chinese Universities, 2021, 37(3)
DOI: 10.1007/s40242-021-0039-1089-3
【通訊作者信息】
韓廣萍博士，東北林業大學材料科學與工程學院教授、博士生導師。1997年留學于日本京都大學，獲農學博士學位。2002年作為引進人才就職于東北林業大學材料科學與工程學院，從事教學與科研工作。其間，2003-2005年作為訪問學者在美國路易斯安那州立大學可再生自然資源學院從事合作研究，2006-2007年作為日本學術振興會海外特別研究員在日本靜崗大學從事合作研究，2008-2009年作為訪問學者在加拿大林業創新研究院從事合作研究。
自1997年以來，長期從事生物質復合材料，以及生物質材料表面改性、增強技術等方面的研究與推廣應用工作，主持國家自然科學基金、黑龍江省重大科技攻關、國家重大研發計劃、國家林業局引進國際先進林業科學技術項目等10余項。出版英文專著一部、參編國內教材兩部、國外教材一部；發表論文100余篇，其中SCI收錄論文60余篇；獲國家專利11件。
電子郵箱：guangping.han@nefu.edu.cn
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