银/壳聚糖纳米复合材料的制备、表征及抗菌性能研究

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壳聚糖是一种无毒无害,具有广谱抗菌和良好生物相容性的天然高分子材料,被广泛应用于生物材料领域,但其抗菌性能在中性和碱性条件下被削弱。为此,本论文首先研究了具有不同形貌结构的壳聚糖材料的抗菌性能,进而在壳聚糖材料中引入高效抗菌剂纳米银,系统研究了纳米银含量对复合材料抗菌性能和细胞毒性的影响,制备出两种在生理条件下兼具良好抗菌性能和生物相容性的新型银/壳聚糖纳米复合材料,从而为其在创伤修复和组织工程等生物医用领域的应用提供实验依据。通过相分离法和物理交联法分别制备了三种典型形态的壳聚糖(Cs)材料:壳聚糖纳米纤维(CsNF)、壳聚糖微米纤维(CsMF)以及物理交联壳聚糖水凝胶(CsHyg)。以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为试验菌,用振荡法研究比较了上述材料的抗菌性能,结果表明壳聚糖的抗菌性能与其形态有关,其中CsNF具有最优的抗菌性能。采用抗坏血酸原位化学还原法在壳聚糖水凝胶中引入纳米银,紫外可见光谱(UV-Vis)谱图上410nm附近的特征吸收峰、X射线衍射(XRD)谱图上2θ=38.2°、44.4°、64.6°和77.6°的四个衍射峰和透射电镜(TEM)照片表明成功获得了纳米银/壳聚糖凝胶纳米复合材料。高分辨率透射电镜照片及其衍射花样显示形成的纳米银颗粒部分结晶完善,具有规整的晶格排列,部分结晶并不完善,整体而言结晶状态不均一;粒径分析表明,纳米银的粒径主要分布在30nm左右。细胞毒性和抑菌环实验表明,在物理交联壳聚糖水凝胶中加入纳米银可以提高其抗菌性能,随着纳米银含量的增加,抗菌性能随之提升,但细胞相容性随之降低;Ag/Cs质量比为0.1wt%的Ag/Cs纳米复合水凝胶仍然保持良好的细胞相容性。采用紫外光辐射法在壳聚糖纳米纤维中原位还原制备出纳米银,TEM照片证明纳米银的存在;高分辨率TEM照片及其衍射花样表明该方法制备出的纳米银颗粒与抗坏血酸还原法类似,部分纳米银结晶完善,具有规整的晶格排列,部分结晶并不完善,整体而言结晶状态不均一;粒径分析表明Ag/Cs纳米复合纤维中的纳米银的粒径主要分布在22nm左右;扫描电镜(SEM)照片表明Ag/Cs纳米复合纤维具有和CsNF相同的形貌结构。细胞毒性实验表明Cs纳米纤维具有良好的细胞相容性,纳米银的引入会降低其细胞相容性;振荡法结果表明,加入纳米银可以提高其抗菌性能。综合而言,Ag/Cs质量比为0.1wt%的Ag/Cs纳米复合纤维在保持良好的细胞相容性的同时,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效率相比Cs纳米纤维分别提高了大约16%和27.7%,都高于90%,可用于生物医用领域。
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