静电纺丝法制备林蛙皮水解物/聚己内酯纤维膜及其作为生物抑菌材料的研究

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本课题立足新型生物抑菌材料的研究与制备,以市场中被废弃的中国东北林蛙皮为原材料,对林蛙皮研磨、乙酸水解、离心处理,取水解溶液中上清液经冷冻干燥得到林蛙皮水解物(Rana chensinensis skin extracts,RCSEs)。优化RCSEs的提取工艺,分别对乙酸溶液浓度、酸解时间和料液比三个影响因素进行单因素实验。检测所制备的RCSEs对金黄色葡萄球菌(S.aureus)及大肠杆菌(E. coli)的抑菌活性,探讨其作为生物抑菌添加剂的应用价值及应用前景。此外,本课题以不同质量比的RCSEs和聚己内酯(PCL)为原材料共混,利用静电纺丝技术制备RCSEs/PCL纳米纤维膜。围绕RCSEs/PCL纳米纤维膜的表面特征、物化性能及生物抑菌性展开研究。林蛙皮水解工艺的影响因素中,乙酸溶液浓度、酸解时间和RCSEs的提取率在一定范围内成正比关系,而料液比和RCSEs的提取率成反比关系。实验结果显示,其最佳乙酸溶液浓度为5%(v/v),最佳酸解时间为24h,最佳料液比为1:60(w/v)。利用扫描电镜观察RCSEs/PCL纳米纤维膜表面形态,实验结果表明,RCSEs含量在30%以下的纳米纤维膜,其纤维断裂现象较明显,不规则纤维居多。而PCL的添加有助于改善以上缺陷,当PCL含量提高到30%以上,所得纤维形态趋于规则,均匀,无断裂,纤维的平均直径也逐渐降低;RCSEs/PCL纳米纤维膜力学性能测试表明,当RCSEs含量为100%,其纤维膜力学性能表现最差,随着RCSEs和PCL共混体系中PCL含量的增高,RCSEs/PCL纳米纤维膜的横向拉伸断裂强度、纵向弹性模量值逐渐提高,且当PCL含量达到40%以上,纳米纤维膜横向及纵向力学性能提高较为显著; RCSEs/PCL纳米纤维膜水接触角测试表明,当RCSEs与PCL质量比为60:40(w/w)时,纤维膜亲水性能最佳,对比傅里叶红外光谱的数据分析,我们认为这可能是由于PCL含量增多,PCL和RCSEs组分之间的相互作用增强,使得纤维表面游离态的N-H增多,因此表现出较高的亲水性能。RCSEs、RCSEs/PCL纳米纤维膜的抑菌性能测试表明,在菌液浓度为5×107cfu/mL(金黄色葡萄球菌)、5×107cfu/mL(大肠杆菌)条件下, RCSEs、RCSEs/PCL纳米纤维膜对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌均表现出良好的抑菌性能。RCSEs和菌液接触时间越长,细菌剩余数量越少。当接触时间在3h以内,RCSEs对金黄色葡萄球菌的抑菌率迅速提高,当接触时间在3h以上,RCSEs对抑菌率维持在40%-60%;当RCSEs和大肠杆菌菌液接触时间在12h以内,RCSEs对金黄色葡萄球菌的抑菌率逐渐提高,当接触时间达到12h以上,RCSEs对抑菌率维持在50%以上。对于RCSEs/PCL纳米纤维膜而言,纤维膜对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌的抑制效果同样随着RCSEs含量的增高而提高。RCSEs含量为70%的纳米纤维膜,其抑菌率为60.4%(金黄色葡萄球菌)、40.8%(大肠杆菌),表明本实验所制备的RCSEs/PCL纳米纤维膜,当RCSEs与PCL质量比介于70:30(w/w)与60:40(w/w)之间,纤维膜不仅具备较好的力学性能,同时能表达出RCSEs所具备的抑菌性,其在抑菌包装材料、生物纺织材料、抑菌填充材料等方向具有较好的开发前景。
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