静电纺丝—纳米银粒子浸渍纤维素增强静电纺PVA纤维膜：形态及抗菌性能

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【摘要】

为了增强载银纳米纤维膜的力学性能及抗菌性能，东北林业大学材料科学与工程学院教授韩广萍课题组将壳寡糖（COS）接枝到羧化纤维素（CCN）表面以此作为纳米银（AgNP）的稳定剂。以聚乙烯醇（PVA）为基质，通过静电纺丝制备了纳米银浸渍纤维素增强的CCN-COS-AgNP/PVA纤维膜，研究了CCN-COS-AgNP含量对纤维膜的形貌、表面组成、力学性能及抗菌性能的影响。与纯PVA纳米纤维相比，CCN-COS-AgNP的加入不仅改善了PVA纤维膜的力学性能，同时对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有良好的抗菌性能。当添加8 wt% CCN-COS-AgNP时，纤维膜的拉伸强度从4.40 MPa提高到8.60 MPa。当添加10 wt%的CCN-COS-AgNP时，纳米纤维对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有优异的抗菌活性，最大抑制区分别为2.30和1.60 cm。此外，2wt% CCN-COS-AgNP/PVA纤维膜对mg63人源成骨细胞表现出126 %的细胞存活率。总体来说，静电纺PVA膜在生物医学领域具有广阔的应用前景。

【研究背景】

银纳米粒子（AgNP）作为一种有效的抗菌剂，具有较大的活性表面积，较高的表面电荷密度以及较低的细胞毒性，在多个领域显示出非常重要的作用，如基于银浸渍的抗菌敷料、饮用水净化膜、组织支架等。在众多制备AgNP的方法中，静电纺丝作为一种制备纳米结构材料的有效技术，所制备的载银纳米纤维膜具有优异的抑菌性能、较高的比表面积、高的孔隙率等，同时纤维基体兼具高温稳定性和低挥发性的特点。然而AgNP在纤维基体中的不均匀分布和团聚直接导致材料的抗菌性能下降，为此，大量研究人员尝试在制备AgNPs期间，通过添加稳定剂（如表面活性剂、水凝胶、聚合物等）的方式来调控纳米颗粒在纤维基体中的分散性问题。此外，纤维的力学性能对于材料实际应用发挥着至关重要的作用，不仅可以维持纤维膜稳定的孔隙结构提高细胞的生长增殖，还可增强材料的耐用性等。因此，设计和开发一种兼具抗菌活性及力学性能的生物材料具有重要意义。

【亮点】

本研究充分利用壳寡糖（COS）较好的水溶性和生物活性，结合纳米纤维素（CNC）可为材料提高其力学性能以及增强材料的抗菌活性等优势，对纳米纤维素进行羧化，并以酰胺键的形式将COS接枝到羧化纤维素（CCN）表面，以此作为AgNP的稳定剂，获得分散性及稳定性良好的CCN-COS-AgNP。以聚乙烯醇(PVA)为基体，通过静电纺丝技术制备CCN-COS-AgNP/PVA纤维膜，使纤维兼具良好的抗菌活性及力学性能。

【结论】

在这项研究中，通过化学修饰和静电纺丝制备了具有优异力学性能及抗菌性能的CCN-COS-AgNP/PVA纤维膜。FTIR结果表明COS与CCN通过酰胺键成功接枝。SEM及TEM显示在CCN-COS-AgNP含量为6 wt%时AgNPs可在纤维内部及表面均匀分散。当CCN-COS-AgNP含量为8 wt%时，纤维膜的拉伸强度为8.60MPa，断裂伸长率为37.2 %。CCN-COS-AgNP/PVA纤维膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌表现出优异的抗菌活性，且对金色葡萄球菌的抗菌活性优于大肠杆菌。此外，当CCN-COS-AgNP含量小于6 wt%时，CCN-COS-AgNP/PVA纤维膜具有较低毒性。本研究为制备CCN-COS-AgNP/PVA纳米纤维膜提供了一种新的方法，其在生物医学领域具有潜在的应用前景。

【文章详情】

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

【通讯作者信息】

       韩广萍博士，东北林业大学材料科学与工程学院教授、博士生导师。1997年留学于日本京都大学，获农学博士学位。2002年作为引进人才就职于东北林业大学材料科学与工程学院，从事教学与科研工作。其间，2003-2005年作为访问学者在美国路易斯安那州立大学可再生自然资源学院从事合作研究，2006-2007年作为日本学术振兴会海外特别研究员在日本静岗大学从事合作研究，2008-2009年作为访问学者在加拿大林业创新研究院从事合作研究。
自1997年以来，长期从事生物质复合材料，以及生物质材料表面改性、增强技术等方面的研究与推广应用工作，主持国家自然科学基金、黑龙江省重大科技攻关、国家重大研发计划、国家林业局引进国际先进林业科学技术项目等10余项。出版英文专著一部、参编国内教材两部、国外教材一部；发表论文100余篇，其中SCI收录论文60余篇；获国家专利11件。

电子邮箱：guangping.han@nefu.edu.cn

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