中空載銀纖維的制備及其抗菌和安全性能的研究.pdf

1、幾個世紀以來，金屬銀就被廣泛地用于各種疾病的預(yù)防和治療中，特別是在消炎、防感染方面。銀離子具有極強的廣譜抗菌抑菌作用，同時對人體細胞又是低毒副作用。銀離子的抗菌作用主要是與帶負電荷的細菌細胞壁的吸附作用，使細胞酶失活，破壞細胞膜透性，最終導(dǎo)致細菌凋亡或死亡。目前，新型載銀抗菌聚合材料的研究成為了學(xué)術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域極為關(guān)注的課題之一。這種將熱塑性材料與銀的結(jié)合方式使得該材料同時具備了熱塑性材料的優(yōu)良加工性能和銀固有的抗菌性能。而目前采用的抗

2、菌載銀材料的制備方法存在著或多或少的缺陷，例如耐洗性差、著色性等等。
　　 本課題通過壓力差作用和銀鏡反應(yīng)制備得到具有抗菌性能的中空載銀纖維--銀纖維。初生態(tài)銀粒子被置換出來而附著于纖維中空內(nèi)表面層。通過SEM觀察到銀粒子的尺寸大約為0.1～0.5μm，且均勻地分布于纖維中空內(nèi)表面層中。X-衍射分析觀察到衍射峰只在2θ=38.2°，44.3°和64.5°處出現(xiàn)，這也證實了銀粒子的存在以及銀粒子的尺寸還沒能大到使其衍射峰出現(xiàn)在2θ

3、=77.4°和81.5°處。而這種尺寸的初生態(tài)銀粒子具有極強的活性而使得該材料具有更強的抗菌性能。
　　 銀離子的釋放是載銀抗菌材料具有抗菌性的最基本條件。本課題制備的中空載銀纖維中的銀離子是通過纖維頭尾兩端釋放。通過對銀離子釋放試驗及其定性分析，研究了影響銀纖維中銀離子釋放的因素，包括釋放時間、纖維長度、銀粒子含量以及纖維種類等。隨著時間的增加，釋放的銀離子濃度逐漸增加并于3天后達到平衡；當纖維重量一定時，隨著纖維的長度的增加

4、，纖維根數(shù)減少，即能夠釋放銀離子的頭尾兩端減少，因此銀離子釋放減少；銀離子的釋放量隨著銀粒子含量的增加而增加；不同種類的纖維其吸濕性不同，吸濕性較好的其銀離子釋放量也較多。
　　 作為醫(yī)用材料來說，銀離子濃度是一個極為重要的參數(shù)。如果銀離子濃度太高，就會對人體組織產(chǎn)生影響，如“銀中毒”；如果太低，抗菌作用則受到限制。因此確定銀離子濃度的閥值至關(guān)重要。本課題在Lotka-volterra模型的基礎(chǔ)之上，建立銀離子.細菌模型，確定了

5、銀離子濃度閥值，y=α/λ其中，α值因菌種不同而不同，本文中金黃色葡萄球菌的α=0.82；λ值則與中空載銀纖維的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。這兩個數(shù)據(jù)均可通過實驗容易獲得，從而計算得到銀離子濃度閥值。而銀纖維的抗菌性能試驗表明銀纖維具有廣譜抗菌性及抗耐藥菌性。影響抗菌效果的因素包括有：外界環(huán)境潮濕與否、纖維量及纖維結(jié)構(gòu)參數(shù)等。當銀纖維濃度為37.5μg/ml時，抗菌效果將達到90％以上。通過銀纖維處理前后金黃色葡萄球菌和大腸埃希菌的SEM照片可以看出

6、，銀纖維處理后的細菌膨脹至崩裂，而且還發(fā)現(xiàn)銀纖維對金黃色葡萄球菌的破壞作用大于大腸埃希菌，這可能是由于它們的細胞壁組成不同而造成的。
　　 為了探討中空載銀纖維的細胞安全性，本課題選用了三種傳代人系細胞株(Vero、Hela和WI-38)和一種原代細胞(從小兒包皮提取的上皮細胞)作為試驗用人系細胞株進行安全性試驗。試驗結(jié)果表明，在銀纖維濃度不超過4mg/ml時(包括抗菌濃度37.5μg/ml)，銀纖維的加入對人系細胞株的存活。而

7、從電鏡圖片觀察到，當加入銀纖維達到4mg/ml時，細胞開始出現(xiàn)圓縮、凹陷等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象可能是細胞死亡的一種前兆。
　　 本課題還從免疫學(xué)和衛(wèi)生毒理學(xué)的角度，通過皮膚覆蓋和皮下埋植兩種途徑，檢測了中空載銀纖維對豚鼠的免疫水平(包括體液免疫、細胞免疫和非特異性免疫)和遺傳物質(zhì)的影響，并對主要器官，如心、肝、脾、肺、腎進行病理分析。通過對銀纖維對豚鼠的免疫功能和遺傳物質(zhì)的影響的初步研究發(fā)現(xiàn)，當皮膚覆蓋或埋植少于0.03g銀纖維時，對

8、免疫功能、遺傳物質(zhì)和主要器官都未造成損傷。但是當埋植高劑量銀纖維，如0.03g時，溶血空斑細胞、循環(huán)免疫復(fù)合物和紅細胞脆性都受到了影響，且病理切片分析也證實了埋植0.03g銀纖維后，肝臟和腎臟開始出現(xiàn)病變。
　　 綜上所述，本課題通過壓力差作用和銀鏡反應(yīng)制備得到了抗菌中空載銀纖維，并對銀纖維的釋放性能、抗菌性、細胞安全性及豚鼠毒理性進行了研究，并得出了相關(guān)結(jié)論，為該材料的實際應(yīng)用提供了實驗及理論基礎(chǔ)。研究表明，該中空載銀纖維具有

9、很好的抗菌效果，當銀纖維濃度達到37.5μg/ml時，抗菌效果就已經(jīng)達到90％以上；當銀纖維濃度在4mg/ml范圍內(nèi)時(包括抑菌濃度37.5μg/ml)，銀纖維的加入對人系細胞株的存活和形態(tài)均無影響；而當銀纖維覆蓋于豚鼠皮膚或埋植少于0.03g銀纖維于豚鼠皮下時，銀纖維的加入都不影響豚鼠的免疫功能、遺傳物質(zhì)及器官組織。但是當埋植超過0.03g銀纖維后，造成了人系細胞株及豚鼠機體的輕微損傷。因此，我們在使用過程中應(yīng)注意加強對載銀材料的管理