抗菌疏水聚酯纤维膜的制备及性能研究

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脂肪族聚酯可广泛用于生物可降解材料,其中聚羟基丁酸酯(PHB)存在于许多微生物细胞中的天然高分子聚合物,具优异的生物相容性、生物降解性和凝血性等特性,在医学、组织工程和食品包装材料等领域具有潜在的应用价值。本文采用静电纺丝技术制备了聚羟基丁酸酯(PHB)/聚己内酯(PCL)纤维膜,合成了卤胺/二氧化硅和卤胺/二氧化硅@二氧化钛核壳有机无机杂化纳米颗粒,通过轧烘工艺将纳米颗粒固着到纤维膜上,制备得到抗菌疏水纤维膜;合成含双键的卤胺前驱体和季铵盐的单体,将其和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)接枝到纤维膜,制备得到pH响应的疏水抗菌纤维膜。第一部分:合成卤胺前驱体5,5-二甲基-3-(3’-三乙氧基硅丙基)-海因(SPH),将其与十六烷基三乙氧基硅烷(HDTMS)疏水剂和二氧化硅反应得到SiO2-HDTMS/SPH杂化纳米颗粒,采用TEM和FT-IR对纳米杂化颗粒的表面结构进行表征,TEM结果表明纳米杂化颗粒直径约为128.6 nm。采用静电纺丝技术将PCL和PHB制备成纤维膜,并探讨不同比例的PHB/PCL对纤维膜的力学性能,表明PCL的加入可以极大程度上提高复合纤维膜的力学性能,尤其是纤维膜的断裂延伸率。将杂化纳米颗粒通过轧烘工艺固着到PHB/PCL纤维膜上,制备得到抗菌疏水纤维膜,采用SEM、FT-IR和TG对其形貌、结构和热性能进行分析,同时对抗菌超疏水纤维膜进行抗菌性能、细胞相容性和疏水性测试。测试表明,抗菌疏水纤维膜在接触细菌60 min后,能使99.95%的金黄色葡萄球菌(Log值为6.95)和99.91%的大肠杆菌O157:H7(Log值为7.15)失去活性,且接触培养小鼠成纤细胞24 h后对细胞没有影响,其细胞活性达到104.0%。同时抗菌疏水纤维膜表现出超疏水性,其接触角达到151o。第二部分:为了提高上述的抗菌疏水纤维的耐紫外性能,以钛酸四异丁酯(TBT)和二氧化硅为原料制备了纳米核壳颗粒(SiO2@TiO2),将其与SPH与HDTMS反应得到杂化纳米核壳颗粒(SiO2@TiO2-HDTMS/SPH),采用TEM和FT-IR对SiO2@TiO2和SiO2@TiO2-HDTMS/SPH的结构进行表征,表明纳米杂化颗粒直径约为247.5 nm,其中二氧化钛壳层半径约为59.0 nm。将SiO2@TiO2-HDTMS/SPH通过轧烘工艺固着在PHB/PCL纤维膜上,制备得到抗菌疏水纤维膜。采用SEM、FT-IR和TG对其形貌、结构和热性能进行表征和分析。同时对抗菌疏水纤维膜进行抗菌性能、细胞相容性和疏水性测试。测试表明:抗菌疏水纤维膜能在5 min内全部杀死金黄色葡萄球菌(Log值为6.01),在60 min内可杀死100%大肠杆菌O157:H7(Log值为6.00),且接触培养小鼠成纤细胞24 h后对细胞没有明显的影响,其细胞活性达到95.3%;该纤维膜还表现出优异的疏水性,其接触角达到145o。第三部分:合成含双键和季铵盐卤胺前驱体(HQS),将HQS与八乙烯基-POSS和DMAEMA接枝到纤维膜制备pH响应的疏水抗菌纤维膜。采用SEM、FT-IR、XPS和TG对纤维膜表面进行形貌、结构和热性能进行分析。探讨不同pH对纤维膜抗菌性、疏水性和细胞相容性等性能的影响,并分析其可控疏水机理。抗菌测试显示,抗菌疏水纤维膜在30 min后就可以杀死100%的金黄色葡萄球菌(Log值为6.05),60 min内可以杀死72.4%的大肠杆菌O157:H7(Log值为6.43)。研究表明纤维膜经HCl处理后,表现出亲水性,抗菌性能提高,而经NH4OH处理后,表现出疏水性(接触角为132o),但抗菌性能有所下降。细胞相容性测试表明,接触培养24 h后没有明显的细胞毒性。
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