多肽改性醋酸纤维素纳米纤维的制备及抗菌性能研究
作者单位：东华大学
学位级别：硕士
导师姓名：覃小红;吴德群
授予年度：2018年
学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）]
摘 要：随着纺织品生产和研究技术的不断发展,传统纺织品已经不能满足人们对生活的需要。人们越来越希望纺织品不仅具有防寒保暖、美观修饰的作用,还希望其具有一定的附加作用,比如抗菌、自清洁、导湿等性能。纺织品在穿着过程中,非常容易沾染人体分泌的汗渍、体液等,而这些潮湿温暖的环境又是细菌等微生物喜欢的繁殖环境。因此,如果纺织品能够具有一定的抗菌性能,不仅可以防止细菌等微生物在纺织品上繁殖扩散,还可以保护纺织品免受微生物的破坏。传统抗菌纺织品的生产往往会存在抗菌剂初期释放量大,抗菌效果不持久或采用的纳米颗粒抗菌剂对人体存在潜在危害等问题。因此,可通过化学接枝将抗菌剂与纺织材料结合在一起,避免共混纺丝带来的纳米抗菌颗粒团聚、抗菌效果不均匀的问题。本文采用抗菌多肽（peptide）作为抗菌剂,利用基团间的反应将其接枝到醋酸纤维素（CDA）上,制备多肽改性醋酸纤维素（CDA-g-peptide）。运用静电纺丝技术,制备CDA-g-peptide纳米纤维,研究CDA-g-peptide纳米纤维的抗菌性能,并探究其抗菌稳定性,为其之后在生物医用领域和纺织品服用的研究打下基础。首先,按照特定氨基酸序列,采用固相合成技术制备抗菌多肽。采用红外吸收光谱（FTIR）和核磁共振氢谱（H-NMR）研究分析制备出的抗菌多肽的化学结构与原先设计的氨基酸序列是否相同。然后,在CDA静电纺丝过程中,探究CDA在溶液浓度（CDA的质量百分比）、纺丝电压和接受距离三个方面的最佳工艺参数。当CDA的质量百分比为10%、纺丝电压为15kV、接收距离为20cm时,所制备的CDA纳米纤维较均匀。在最佳纺丝工艺参数下采用共混静电纺丝的方法制备CDA/peptide纳米纤维。研究CDA/peptide纳米纤维基本的形貌、结构、力学和热学性能。重点研究抗菌多肽和CDA/peptide纳米纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能。结果表明,抗菌多肽对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别高达99.5%和99.7%,CDA/peptide纳米纤维的抑菌率分别高达97.8%和98.1%,具有优异的抗菌性能。对CDA/peptide纳米纤维的抗菌稳定性进行研究。结果表明,随着振荡时间的增加,CDA/peptide纳米纤维的抑菌率不断下降,由此说明,CDA/peptide纳米纤维的抗菌稳定性较差。为了解决CDA/peptide纳米纤维抗菌稳定性差的问题,采用化学接枝的方法,将抗菌多肽与CDA结合在一起,使用静电纺丝技术制备CDA-g-peptide纳米纤维。首先将羧基化的醋酸纤维素（CDA-g-SA）与抗菌多肽进行化学接枝反应,制备CDA-g-peptide。FTIR和H-NMR结果都表明,抗菌多肽已成功接枝到醋酸纤维素上。X射线衍射（XRD）测试表明,CDA-g-peptide的晶型结构以无定型结构为主,与CDA的大致相同。热重分析（TG）测试表明,与CDA相比,CDA-g-peptide的热稳定性较好。CDA-g-peptide的抗菌性能测试显示,其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别高达98.6%和98.8%,具有优异的抗菌性能。然后在最佳工艺参数下,制备CDA-g-peptide纳米纤维。研究CDA-g-peptide纳米纤维的形貌、结构、力学、热学以及抗菌性能。在外观形貌方面,CDA-g-peptide纳米纤维的直径分布范围较小,纤维膜比较均匀。CDA-g-peptide纳米纤维的化学官能团与其纺丝原料大体一致。CDA-g-peptide纳米纤维膜的最大伸长率与CDA/peptide的相差不大,但在最大拉伸负荷方面存在一定差异。CDA-g-peptide纳米纤维与CDA/peptide纳米纤维在热稳定性方面相差不大,都优于CDA纳米纤维的热稳定性。在抗菌性能方面,首先研究了大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长曲线,即二十四小时内细菌在缓冲液中的生长繁殖情况。然后对CDA-g-peptide纳米纤维的抑菌率进行测试,结果表明,CDA-g-peptide纳米纤维具有优异的抗菌性能。最后,对CDA-g-peptide纳米纤维的抗菌稳定性进行研究。将CDA-g-peptide纳米纤维进行水浴振荡处理,探究随着振荡时间的增加,纳米纤维材料对测试菌种抑菌率的变化。结果表明,随着振荡时间的增加,CDA-g-peptide纳米纤维的抗菌性能几乎不变。而CDA/peptide纳米纤维的抗菌性能随着振荡时间的增加有所降低。因此,CDA-g-peptide纳米纤维具有较好的抗菌稳定性,避免了由共混纺丝带来的抗菌效果不稳定的问题,在生物医用领域有较大的应用前景。
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