石墨烯包埋的羥丙基纖維素/殼聚糖/聚環氧乙烷納米纖維膜的制備及其作為傷口敷料的抗菌

DOI：10.1007/s10570-019-02940-w

電紡納米纖維膜具有高比表面積和小孔隙，因此可以作為傷口敷料來吸收滲出液并防止細菌侵入。本研究以羥丙基纖維素（H）、殼聚糖（C）和聚環氧乙烷（P）為膜材料，分別提高了納米纖維的親水性、抗菌性和產量。此外，添加石墨烯（G）以增強膜的抗菌性能。如SEM所示，HCP和HCPG溶液（含H：4.5 wt%，C：4.5 wt%，P：0.75 wt%，不含/含G：0.5 wt%）可以通過無毒的溶劑體系電紡為具有良好纖維形貌的HCP和HCPG納米纖維膜。此外，通過戊二醛蒸汽使膜交聯以提高強度。膜的拉伸強度為1.38-1.82 MPa，膨脹率為1330-1410%。濕HCPG膜的水蒸氣透過率（WVTR）約為3100g/m2每天，接近于創面敷料推薦的WVTR。通過對大腸桿菌（革蘭氏陰性菌）和金黃色葡萄球菌（革蘭氏陽性菌）的三項試驗，驗證了膜的抗菌性能。高親水性HCP和HCPG膜可防止細菌粘附。膜的存在（尤其是石墨烯包埋的HCPG膜）也大大減少了細菌的生長。HCP和HCPG納米纖維膜孔徑小，防止了細菌侵入而引起的感染。HCP和HCPG納米纖維膜具有良好的力學性能、合適的WVTR和高吸水性，因此適合于傷口滲出液的吸收。此外，該膜具有無毒、抗成纖維細胞粘附和抗菌性能。因此，HCP和HCPG納米纖維膜具有成為優質抗菌傷口敷料的潛力。

圖1.HCP、HCPG納米纖維膜和石墨烯薄片的掃描電鏡圖像。白色箭頭表示石墨烯薄片。比例尺= 100μm（500 ×）和30μm（2000×）

圖2.羥丙基纖維素粉末（H）、殼聚糖粉末（C）、聚環氧乙烷粉末（P）、HCP和HCPG納米纖維膜的FTIR光譜。

圖3.電紡納米纖維膜的拉伸強度（最大負荷時的應力）和伸長率（最大負荷時的應變）：未交聯的HCP膜和未交聯的HCPG膜，以及交聯時間對HCPG膜的影響。HCPG膜通過戊二醛蒸汽交聯0h、1h、2h和3h。（數據表示為平均值±標準偏差）（n≥5）（通過學生的t檢驗*p＜0.05、**p＜0.01和***p＜0.001）

圖4.3M Tegaderm、殼聚糖納米纖維膜、HCP納米纖維膜和HCPG納米纖維膜的氣泡接觸角。（數據表示為平均值±標準偏差）（n=5）較大的氣泡接觸角表明該材料更親水。

圖5.a未交聯的HCPG和交聯的HCPG納米纖維膜、HC、HCPG和殼聚糖致密薄膜在25℃的水中浸泡0-180分鐘的溶脹率，以及b未交聯的HCPG和交聯的HCPG納米纖維膜在25℃的PBS中浸泡0-14天的穩定性。（數據表示為平均值±標準偏差）（n≥5）

圖6.與對照組（新鮮培養基）相比，HCP和HCPG納米纖維膜處理培養基的細胞毒性測試。a.分別用蛋白質測定試劑盒和MTT測定法測定成纖維細胞的總蛋白質量（細胞數）和b.570 nm處的吸光度（細胞活性）。（數據表示為平均值±標準偏差）（n≥3）（通過學生的t檢驗，**p＜0.01）

圖7.與TCPS板表面相比（對照），HCP和HCPG納米纖維膜的抗成纖維細胞粘附試驗。a.分別用蛋白質測定試劑盒和MTT測定法測定成纖維細胞的總蛋白質量（細胞數）和b.570nm處的吸光度（細胞活性）。c.在HCP、HCPG納米纖維膜和TCPS控制表面上培養1至7天的成纖維細胞的FDA/PI雙重染色圖像。（數據表示為平均值±標準偏差）（n≥3）（根據學生的t檢驗，**p＜0.01和***p＜0.001）（比例尺=200μm）

圖8.用大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在3M Tegaderm、殼聚糖致密纖維膜、殼聚糖納米纖維膜、HCP納米纖維膜上培養的抗菌粘附試驗，將大腸桿菌和金黃色葡萄球菌對這五種樣品的粘附性定義為粘附細菌量與接種細菌量之比。c.大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在每個樣品上培養4小時的掃描電鏡圖像。白色箭頭指示細菌。（數據用平均值±標準差表示）（n≥3）（通過學生的t檢驗*p＜0.05和*p＜0.001）

圖9.使用殼聚糖納米纖維膜、HCP納米纖維膜和HCPG納米纖維膜培養的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌生長測試。回收細菌以進行CFU計數，并根據等式（4）定義存活細菌的百分比。（數據表示為平均值±標準偏差）（n≥3）（通過學生的t檢驗* p＜0.05）

圖10.使用大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在置于LB瓊脂平板或THB瓊脂平板上的HCP和HCPG納米纖維膜表面培養的不同時間的抗菌滲透測試：a、d 7天，b、e 7天 （去除膜），c、f在第7天去除HCP和HCPG膜后再培養2天。