基于姜黄素的抗菌纳米纤维膜的制备及其性能

在伤口愈合阶段,创口时常因为细菌感染等问题导致发炎甚至糜烂,从而影响愈合过程,所以需要使用具备抗菌特性的敷料来避免发生细菌感染,使伤口顺利恢复。理想的伤口敷料除了有抗菌性能外还需要具备止血、透气、无毒等特性,在吸收伤口分泌物的同时保持环境湿润、加速伤口愈合。因此构建一种新型多功能敷料有着重要的意义。姜黄素(Cur)作为一种天然的Immuno-related genes多酚类化合物,具有抗菌、抗炎、抗氧化、抗病毒等药理活性,但是姜黄素几乎不溶于水以及生物利用度较低的缺点限制了其应用。本文以聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA)为基材,以姜黄素为负载药物,将姜黄素分别与有机和无机抗菌剂结合以提升复合材料的抗菌性能,制备出具有抗菌、抗炎、抗氧化等多功能特性的敷料。探索姜黄素与有机或无机材料结合后敷料的性能改善情况,评价它Naporafenib们在抗菌多功能敷料领域的应用潜力。首先,将姜黄素溶解于二甲亚砜(DMSO)与PVA溶液混合后添加PAA,通过静电纺丝制备纳米纤维膜,其中PVA与PAA进行交联以提高纳米纤维膜的耐水性能。通过红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)对其进行表征。测试了纳米纤维膜的机械性能、溶胀性能、透湿性能、保水性能、抗菌性能、抗氧化性能、抗炎性能、血液相容性和生物相容性性能。结果表明PVA/PAA/Cur纳米纤维膜具备良好的机械性能,其断裂强力和断裂伸长率为4.9-8.2 MPa和53.9%-124.1%,符合医用敷料要求;纳米纤维膜具备良好的溶胀性能和保水性能,最高溶胀率和保水率可达657%和16.5%;另外纳米纤维膜具备一定的抗菌性能、抗炎性能和抗氧化性能,可有效抑制促炎因子IL-6的表达,DPPH自由基清除率最高可达36.3%;细胞毒性测试和血液相容性测试结果表明纳米纤维膜的生物毒性极低,生物相容性良好,可安全应用于生物敷料。为了提高敷料的抗菌性能,引入天然抗菌剂壳聚糖,通过离子凝胶法,三聚磷酸钠与壳聚糖反应制备载姜黄素壳聚糖纳米粒子(Cur-CSNPs),将其混合在PVA/PAA溶液中通过静电纺丝来制备负载Cur-CSNPs的纳米纤维膜。通过SEM观察纳米粒子和纳米纤维膜的形貌。探究不同壳聚糖浓度、姜黄素浓度对纳米粒子包覆率以及载药率的影响。测试了纳米纤维膜的溶胀性能、抗菌性能、抗氧化性能、抗炎性能、止血性能、血液相容性和生物相容性。结果表明PVA/PAA/Cur-CSNPs纳米纤维膜具备良好的溶胀性能,溶胀率最高可达776%;抗菌结果显示,纳米纤维膜可在6 h接触下杀灭95.7%和91.6%的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌;血液凝固指数测定结果表明纳米纤维膜具有较好的止血能力;同时纳米纤维膜具备良好的抗炎性能、抗氧化性能和生物相容性。但天然抗菌剂的引入并不能使纳米纤维膜在短时间内完全杀死细菌,并且天然抗菌材料存在耐热性较差的问题。为了提高敷料的耐热性能以及进一步提高敷料的抗菌性能,将热稳定性优良、高效广谱抗菌、抗菌作用持久、安全低毒、稳定性高的无机材料银引入纳米纳米纤维膜中。利用姜黄素对硝酸银进行还原,制备姜黄素银纳米粒子(Cur-Ag NPs)并加入PVA/PAA溶液中,通过静电纺丝法NSC 125973制备PVA/PAA/Cur-Ag NPs纳米纤维膜。采用透射电镜(TEM)、X射线能谱分析(EDS)和X射线衍射仪(XRD)表征纳米粒子,用SEM观察纳米纤维膜形貌。研究纳米纤维膜的溶胀性能、抗菌性能、抗氧化性能、生物相容性和血液相容性。结果表明,PVA/PAA/Cur-Ag NPs纳米纤维膜具备良好的溶胀性能;抑菌圈测试表明,纳米纤维膜抑菌带大于1 mm,纳米纤维膜具备良好的抗菌性能;细胞毒性测试和血液相容性测试表明复合材料不具备毒性;抗氧化性能测试表明,纳米纤维膜具备一定的自由基清除能力,但相较上述实验结果,DPPH自由基清除能力有所下降,最高仅7%。上述体系中,将Cur-Ag NPs作为抗菌剂能够制备具有良好抗菌性能的纳米纤维膜,但SEM显示,纳米粒子存在团聚问题,同时纳米纤维膜的抗氧化性能较差。为了避免粒子团聚,简化制备流程,减少原材料的浪费以及提高敷料的抗氧化性能,采用一步法在纺丝液中利用姜黄素对银离子进行原位还原后通过静电纺丝制备PVA/PAA/Cur/Ag NPs纳米纤维膜。一步法中PVA纺丝液作为分散剂可以避免还原过程中Ag NPs纳米粒子团聚,SEM图显示Ag NPs纳米粒子均匀分布在纳米纤维表面,未发生团聚。此方案中纳米纤维膜的制备流程更为简便。通过SEM、XRD、XPS和EDS对纳米纤维膜进行一系列的表征。测试了纳米纤维膜的溶胀性能、透气透湿性能、机械性能、抗菌性能、抗氧化性能、抗炎性能、血液相容性和生物相容性性能。结果表明PVA/PAA/Cur/Ag NPs纳米纤维膜能达到拉伸强力近7 Mpa及断裂伸长率近120%,其溶胀率最高可达753%,透湿量最高可达8480±45(g·m~(-2)(24h)~(-1)),透气性能5.2±0.6 mm/s,符合医用敷料要求。抗菌测试结果表明,纳米纤维膜能在60 min接触下杀灭99.9%的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌,具备优异的抗菌性能。银纳米粒子的存在有效增强了纳米纤维膜的抗菌、抗炎功效,并且姜黄素能有效降低纳米银的毒性,从而提高纳米纤维膜的生物相容性,使其更加适用于生物医药材料。原位法制备的纳米纤维膜的抗氧化性能提高,DPPH自由基清除率最高可达42.5%。