季銨鹽和兩性離子磺丙基甜菜堿改性聚乙烯醇納米纖維及其殺菌防污性能

DOI:10.1016/j.msec.2020.110855

細菌在材料表面的粘附和定植因其對人體健康的潛在威脅而備受關注。結合殺菌和防污功能已被證實是預防微生物感染的最佳策略。本研究選用可生物降解的電紡聚乙烯醇（PVA）納米纖維，該纖維具有高比表面積和豐富的反應性羥基。均含有異氰酸酯（NCO）基團的季銨鹽（IQAS）和兩性離子磺基丙基甜菜堿（ISB）通過PVA納米纖維的OH基團與IQAS或ISB的NCO基團之間的偶聯反應化學鍵合到PVA納米纖維表面。結果表明，經IQAS（0.5%）改性的PVA納米纖維對革蘭氏陽性金黃色葡萄球菌（S.aureus，ATCC 6538）和革蘭氏陰性大腸桿菌（E.coli，ATCC 25922）的抗菌率均達到99.9%。此外，活/死染色和細胞毒性試驗表明，雙重功能的IQAS/ISB/PVA納米纖維具有良好的殺菌和防污活性，且細胞毒性較低。這項工作可為制造用于醫療保健的殺菌和防污材料提供實用指南，如傷口敷料、紡織品、食品包裝和空氣過濾等。

圖1.A）IQAS和ISB的合成路線。B）IQAS和ISB的1H-NMR譜。C）HQAS、IQAS和ISB的紅外光譜。

圖2.A）ISB和IQAS對PVA納米纖維的改性原理。B）掃描電鏡圖像及相應的尺寸分布。C）PVA納米纖維的FTIR和D）XPS光譜，最后一行顯示了N1s、S2p和Br3d的高分辨率XPS光譜。注釋：（0）原始PVA納米纖維；（1）用0.5 g/100 ml的IQAS（IQAS/PVA）；（2）0.5 g/100 ml的ISB（ISB/PVA）；（3）0.25 g/100 ml的IQAS+0.25 g/100 ml的ISB（IQAS/ISB/PVA）改性的PVA納米纖維。

圖3.PVA納米纖維的拉伸試驗，A）斷裂強度和B）斷裂伸長率；PVA納米纖維的DMA，C）儲存模量隨溫度的變化，D）Tanδ隨溫度的變化。

圖4.A）不同濃度的IQAS溶液改性的PVA納米纖維的抗菌活性（接觸時間24小時）；B）分別用PVA納米纖維0、1、2和3處理的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的瓊脂平板照片（接觸時間24小時）；C）分別為在0、1、2和3上不同接觸時間的粘附大腸桿菌的代表性熒光圖像。注意。綠色表示活細菌，紅色表示死細菌。

圖5.用CCK-8顯像法觀察NIH 3T3細胞在培養24小時后的活性。如代表性熒光圖像所示，綠色表示活細胞，紅色表示死細胞。