絲膠復合納米口罩的制備及其抗菌性性能研究

付智珠，翁浦瑩，蒙冉菊，蘆超峰，任豪杰

（嘉興職業技術學院 浙江嘉興 314000）

絲膠是一種天然水溶性動物蛋白質，對人體具有一系列特殊保護功能且性能優良，具有相配性強以及相容性好等優點，被廣泛的應用于各個領域中而且作為生物材料的應用研究日趨活躍在人們的視野中[3]。絲膠蛋白（SS）無毒，具備較好的抗氧化性、抗菌性、以及良好生物相容性、生物降解性。聚環氧乙烷（PEO）是一種水溶性的高聚物，能溶于水，且水溶液在低濃度也具有較高的粘性，并且與SS之間具有一定相容性或部分相容性[4]。本文選用SS、PEO作為原料，利用靜電紡絲技術[5,6]，制備絲膠復合納米口罩，探究其抗菌性能。

1 實驗

1.1 實驗材料

絲膠蛋白（上海步克醫藥科技有限公司）、聚環氧乙烷（平均分子量為10萬，阿拉丁試劑有限公司），實驗用水采用超純水。

1.2 儀器與設備

固體培養基無菌棉拭子；無菌鑷子；燒瓶；試管；YG-461數字式透氣量儀（寧波紡織儀器廠）；FM1107靜電紡絲設備（北京富友馬科技有限公司）；JSM-6360LV型SEM電子掃描電鏡（日本電子公司）；HJ-5型多功能攪拌器（鄭州長城科工貿有限公司）；AUY120電子天平（日本SHIMADZU公司）；HSW-1磁力攪拌恒溫水浴鍋（上海極恒實業有限公司）。

1.3 絲膠復合納米口罩用料的制備

第一步，SS/PEO紡絲液的制備。將SS粉放入超純水中，加熱攪拌配制濃度為20%SS溶液；將PEO加入到超純水，加熱攪拌配制6%濃度的PEO溶液；將20%SS水溶液與6%PEO水溶液混合并攪拌均勻，得到SS/PEO紡絲液。

第二步，絲膠復合納米口罩用料的制備。室溫條件下，利用靜電紡絲技術，將SS/PEO紡絲液噴射到接收屏處，以無紡布為基底接收靜電紡納米纖維得到絲膠復合納米口罩用料。

1.4 測試與表征

（1）絲膠復合納米口罩用料的形貌觀測

采用日本電子公司JSM-6360LV型SEM電子掃描電鏡在室溫條件下觀察納米復合口罩用料的形態結構。

（2）抗菌定性測試

上部壓緊采用氣動整體壓緊裝置（見圖1左側），壓緊裝置通過直線滑軌安裝于下部框架兩側，可以沿平臺通長移動。每個氣缸壓緊裝置包含9個氣缸壓緊壓頭，和兩側氣缸舉升裝置。壓緊氣缸缸徑為20mm，行程為20mm。壓緊氣缸通過螺栓緊固在壓緊橫梁上，可通過長圓孔進行局部調整。舉升氣缸缸徑為50mm，行程為80mm。上料及出胎時舉升氣缸舉升、移動，避免有干涉。氣缸壓緊裝置安裝于滑塊上，可沿滑軌通長移動，并能實現精確定位和鎖緊。對日常激光焊接位置進行刻線標識。

將纖維樣品剪成5mm，紫外燈光照射下滅菌30min。實驗器具均高溫高壓滅菌。用無菌處理的棉拭子蘸取100μL金黃色葡萄球菌或大腸桿菌母液，在固體培養基平板表面均勻涂抹3次。每涂抹1次，轉動平板60°，再用棉拭子繞平板邊緣涂抹一周。蓋好平皿，置室溫干燥5min。最后將試樣放于平板表面，并輕壓樣片使其緊貼于平板表面。蓋好平皿，放置在37℃恒溫培養箱內，培養24h并觀察結果。

（3）抗菌定量測試

實驗參照國家標準《GB/T20944.3-2008紡織品抗菌性能的評價》進行。取對照樣、抗菌樣0.05g分別于3個試管中，另3個試管不加試樣作為空白對照樣。在9個試管中分別加入5μL金黃色葡萄球菌或大腸桿菌母液加入4ml液體培養基；蓋好瓶塞，將9個試樣的燒瓶置于恒溫振蕩器，振蕩24h（24±1℃，150r/min）。吸取1mL試液于試管，用十倍稀釋法稀釋至合適菌液濃度。取100μL稀釋液，在固體培養基平板表面均勻涂抹3次。每涂抹1次，轉動平板60°，最后將棉拭子繞平板邊緣涂抹一周。每個試管作兩個平板作平行樣。室溫凝固，倒置平板，37℃培養48h；記錄每個平板中的菌落數。抑菌率計算公式如下：

其中：A——3個對照樣振蕩之后活菌濃度的平均值（CFU/ml）；

B——3個抗菌實驗樣振蕩之后活菌濃度的平均值（CFU/ml）。

2 結果與討論

2.1 絲膠復合納米口罩用料的形貌

利用靜電紡絲技術，以SS/PEO紡絲液與無紡布復合得到絲膠復合納米口罩用料，其實物圖如圖1a所示?？梢娊z膠復合納米口罩用料均勻柔軟、舒適性較好，材料表面隱約呈現納米纖維疊加分布紋路。無紡布具有一定的強力，很好地彌補了納米纖維層力學性能較差這一缺陷，能有效提高絲膠復合納米纖維材料的力學性能。采用SEM電子掃描電鏡觀測絲膠復合納米口罩用料得到掃描電鏡圖如圖1b所示?？梢娂{米纖維表面光滑無水珠，纖維形態好，纖維較細且纖維量大，纖維與纖維直徑相互疊加多，呈現小而多的孔隙，纖維對顆粒的分離捕集作用有所加強，提高了過濾效率。靜電紡納米纖維具有高比表面積，直徑小，質量輕，孔隙率高以及很強的吸附力等優點，對于顆粒過濾具有顯著的直接攔截效應和慣性沖擊效應，且良好的空隙內部連通性，有利于提高納米纖維膜的過濾效率。

因此以無紡布為基底接收靜電紡納米纖維得到絲膠復合納米口罩，結合了兩種材料的優勢，既有紡粘無紡布均勻柔軟、強力較高的特點，又具備納米纖維比表面積大、孔隙率高、內部連通性好等優點。

圖1 靜電紡納米復合口罩實物與掃描電鏡圖

2.2 抗菌定性測試分析

通過抑菌圈法來定性的評定絲膠復合納米口罩的抗菌性能，分別采用大腸桿菌與金黃色葡萄球菌母液，培養24h并隨時觀察結果如圖2所示。兩個培養皿左邊均為對照樣，右邊均為絲膠納米復合口罩制成的樣品。在絲膠納米復合口罩制成的樣品周圍顯示有明顯的抑菌圈，說明絲膠納米復合口罩對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有明顯的抑菌效果。這是由于絲膠蛋白在一定程度上能夠抗拒外界的惡劣環境，包括細菌侵入等，因此其應具備較好的抗菌性能，以絲膠蛋白作為原料制成的絲膠納米復合口罩同樣具備明顯的抗菌效果。

圖2 兩種菌種的抑菌圈

2.3 抗菌定量測試分析

采用振蕩法定量分析，計算抑菌率來評價絲膠復合納米口罩的抗菌能力。實驗中，細菌原液的細菌濃度約為109CFU/ml，而振蕩法要求細菌的個數在能數清的范圍內。稀釋倍數過低，菌落的個數很多沒有達到可以數清的程度，而稀釋倍數多大數目過少，會增大實驗的誤差。因此選擇稀釋100萬倍的菌液作為振蕩法的實驗用菌。

圖3為樣品對大腸桿菌的作用效果圖，圖3c是加入絲膠復合納米口罩樣品振蕩后培養的細菌圖。與對照組未加抗菌劑的相比，實驗組中加入絲膠復合納米口罩樣品振蕩后細菌個數極少，抑菌效果非常明顯。對照組的大腸桿菌濃度約為2000 CFU/ml，而實驗組的濃度約為1030CFU/ml。由公式計算得到，樣品對大腸桿菌的抑菌率達到48.5%。這說明絲膠納米復合口罩對大腸桿菌具有明顯的抑菌效果。

圖3 大腸桿菌抗菌效果

采用同樣的方法測定絲膠復合納米口罩樣品對金黃色葡萄球菌的作用效果，其結果如圖4所示。對照組的細菌濃度約為6000CFU/ml左右，空白組與此值相近，而實驗組的細菌濃度在3290 CFU/ml。通過計算，樣品對金黃色葡萄球菌的抑菌率達到45.17%。說明絲膠納米復合口罩對金黃色葡萄球菌同樣具有明顯的抑菌效果。

圖4 金黃色葡萄球菌抗菌效果

3 結論

本文采用20%SS水溶液與6%PEO水溶液混合配置SS/PEO紡絲液，利用靜電技術紡出SS/PEO納米纖維，與無紡布復合，制備了絲膠復合納米口罩。通過抗菌定性測試分析與抗菌定量測試分析，研究了絲膠復合納米口罩的抗菌性，得到以下結論：

（1）靜電SS/PEO納米纖維表面光滑無水珠、纖維形態好，以無紡布為基底接收靜電紡納米纖維得到絲膠復合納米口罩，既有紡粘無紡布均勻柔軟、強力較高的特點，又具備納米纖維比表面積大、孔隙率高且內部連通性好的優點。

（2）通過抑菌圈法觀測絲膠納米復合口罩制成的樣品周圍有明顯的抑菌圈，定性的評定絲膠復合納米口罩對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有明顯的抑菌效果。

（3）通過振蕩法定量分析，計算絲膠納米復合口罩對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌的抑菌率分別達到45.17%和48.5%。說明絲膠納米復合口罩具有顯著的抗菌性能。