俞自航,朱 葉,劉敬成,劉 仁

(光響應(yīng)功能分子材料國(guó)際聯(lián)合研究中心,江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院,江蘇無(wú)錫 214122）

紫外光（UV）固化技術(shù)因其具有高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、適用性廣的“5E”優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于油墨、涂料、膠粘劑等行業(yè)[1-2]。光固化體系主要由低聚物、活性稀釋劑、光引發(fā)劑以及其他助劑組成；其中光引發(fā)劑雖然占比少，但卻是光固化體系中的重要組分。光引發(fā)劑在輻照下從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)的電子會(huì)導(dǎo)致自身化學(xué)鍵的斷裂或和其他組分發(fā)生相互作用形成活性種，使體系中的低聚物和活性稀釋劑發(fā)生聚合[3]。目前商品化的光引發(fā)劑大多為小分子，利用率較低，其在紫外光的輻照下并不會(huì)完全轉(zhuǎn)化為活性種來(lái)引發(fā)聚合反應(yīng)，固化后所得的產(chǎn)品中會(huì)殘留大量未反應(yīng)的光引發(fā)劑。這些小分子化合物在一定條件下會(huì)從固化產(chǎn)品中遷移到環(huán)境中[4]，對(duì)環(huán)境造成污染，甚至威脅生命體的健康[5-6]。

隨著科技的進(jìn)步和人們生活水平的提高，光引發(fā)劑遷移問(wèn)題受到越來(lái)越多的關(guān)注，各國(guó)政府也出臺(tái)了相應(yīng)的法律法規(guī)：歐盟制定了《關(guān)于化學(xué)品注冊(cè)、評(píng)估、許可和限制的法規(guī)》（REACH）對(duì)市場(chǎng)上商品化的光引發(fā)劑進(jìn)行預(yù)防性管理；美國(guó)頒布了《有毒物質(zhì)控制法》（TSCA）來(lái)管控光引發(fā)劑的生產(chǎn)和使用；瑞士頒布了關(guān)于印刷油墨的RS 817.023.21 規(guī)定[7]，給出了諸如2-羥基-4'-（2-羥乙氧基）-2-甲基苯丙酮（2959）和2-芐基-2-（二甲基氨基）-1-[4-（4-嗎啉基）苯基]-1-丁酮（369）等裂解型光引發(fā)劑的特定遷移限值。國(guó)內(nèi)也有學(xué)者針對(duì)光引發(fā)劑的遷移進(jìn)行了研究：黃秀玲等[8]探究了1-羥基環(huán)己基苯基甲酮（184）、2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮（651）由聚乙烯淋膜紙向食品模擬物遷移的影響因素，總結(jié)了光引發(fā)劑在不同溫度、不同溶劑中的遷移動(dòng)力學(xué)規(guī)律；韓偉等[9]以65%乙醇和正己烷作為食品模擬物，探究了光引發(fā)劑在食品模擬物中的遷移行為，建立了食品包裝油墨中光引發(fā)劑遷移的實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)方法。劉珊珊等[10]總結(jié)了食品接觸材料中光引發(fā)劑的檢測(cè)方法，列舉了這些檢測(cè)方法的檢出限以及回收率。但國(guó)內(nèi)對(duì)光引發(fā)劑遷移的研究多集中在食品包裝領(lǐng)域，很少涉及到光固化涂料。

紫外-可見（UV-Vis）分光光度計(jì)法、氣相色譜法（GC）和高效液相色譜法（HPLC）是檢測(cè)痕量光引發(fā)劑的主要方法。UV-Vis 分光光度計(jì)法[11]適用于組分單一的光引發(fā)劑的定性定量分析，一旦體系中含有2種或2種以上吸收光譜重疊的物質(zhì)，就無(wú)法使用該儀器對(duì)待測(cè)光引發(fā)劑進(jìn)行定量分析。GC[12]可以分離易揮發(fā)且熱穩(wěn)定好的物質(zhì)，適用于大多數(shù)光引發(fā)劑的檢測(cè)，但對(duì)于相對(duì)分子質(zhì)量較大、沸點(diǎn)較高的光引發(fā)劑如（2，4，6-三甲基苯甲?；┒交趸ⅲ═PO）和苯基雙（2，4，6-三甲基苯甲?；┭趸ⅲ?19）等，卻無(wú)法進(jìn)行分離。HPLC[13]是一種利用樣品中不同組分與色譜柱吸附能力的差異實(shí)現(xiàn)分離檢測(cè)的方法，其在分析速度、效能以及檢測(cè)的靈敏度方面，都可以和GC 相媲美，目前已在生物制藥、食品以及環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。HPLC 一般與質(zhì)譜（MS）或二極管陣列檢測(cè)器（DAD）聯(lián)用，其中HPLCDAD 聯(lián)用儀可以對(duì)液相色譜分離出的物質(zhì)的紫外-可見吸收光譜進(jìn)行檢測(cè)，具有分離效果好、針對(duì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)小分子光引發(fā)劑的分離與檢測(cè)具有普適性。

本文以環(huán)氧丙烯酸酯類光固化涂料為主要研究對(duì)象，通過(guò)HPLC-DAD 聯(lián)用儀建立了光固化涂料中光引發(fā)劑遷移量的檢測(cè)方法；通過(guò)該方法探究了溫度、涂料配方中活性稀釋劑的種類、含量以及固化工藝中輻照量和膜厚對(duì)光引發(fā)劑遷移行為的影響；并且通過(guò)MTT 法（細(xì)胞存活率分析法）和細(xì)胞熒光染色法對(duì)涂膜的細(xì)胞毒性進(jìn)行了系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料和儀器

環(huán)氧丙烯酸酯（RY1101）：工業(yè)級(jí)，江蘇開磷瑞陽(yáng)化工股份有限公司；2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮（1173，純度98%，下同）、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮（184，98%）、2-甲基-1-[4-（甲基硫代）苯基]-2-（4-嗎啉基）-1-丙酮（907，98%）、（2，4，6-三甲基苯甲酰基）二苯基氧化膦（TPO，98%）、乙腈（色譜純）：上海阿達(dá)瑪斯試劑有限公司；丙烯酸羥乙酯（HEA，97%）、二縮三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA，90%）、季戊四醇三丙烯酸酯（PETA，96%）、季戊四醇四丙烯酸酯（PET4A，95%）、二甲基亞砜（DMSO，99%生物技術(shù)級(jí)）、四甲基偶氮唑鹽（MTT，99%生物技術(shù)級(jí)）、鈣黃綠素AM（96%）、碘化丙啶（95%）：上海麥克林生化科技有限公司；RPMI-1640 培養(yǎng)基（生物技術(shù)級(jí)）、青霉素-鏈霉素雙抗溶液（生物技術(shù)級(jí)）、緩沖液（PBS，生物技術(shù)級(jí)）：美國(guó)Hyclone Laboratories 責(zé)任有限公司；胰蛋白酶-EDTA 溶液（生物技術(shù)級(jí)）：西格瑪奧德里奇（香港）控股有限公司；小鼠胚胎成纖維細(xì)胞（L929）：蘇州賽爾飛生物科技有限公司。

Ultimate 3000 RS高效液相色譜儀：安捷倫；Q800型動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀：美國(guó)TA 儀器公司；BYK 框式涂膜器：德國(guó)畢克化學(xué)公司；F300 型履帶式光固化機(jī)：美國(guó) Fusion 公司；INFINITE 200 PRO 型多功能酶標(biāo)儀：瑞士帝肯；Nikon 80i 正置熒光顯微鏡：日本尼康株式會(huì)社。

1.2 光引發(fā)劑標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定

用乙腈分別配置質(zhì)量濃度為1 g/L 的光引發(fā)劑1173、184、907以及TPO的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，使用時(shí)稀釋成 一 系列 質(zhì)量濃 度為 5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、50 mg/L、100 mg/L、500 mg/L 的 待 測(cè) 溶 液 。 通 過(guò)HPLC-DAD 對(duì)4 種光引發(fā)劑的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行測(cè)定。使用的色譜柱為SHIMSEN Ankylo C18 柱，柱溫為20 ℃，進(jìn)樣量 20 μL；流動(dòng)相A 為超純水，流動(dòng)相 B 為乙腈，檢測(cè)1173 的流動(dòng)相梯度見表1；檢測(cè)184、907和 TPO 的流動(dòng)相梯度為：0~20 min，φ（流動(dòng)相A）=φ（流動(dòng)相B）=50%；總流速均為2 mL/min；測(cè)試時(shí)間為20 min；二極管陣列檢測(cè)器的吸收波長(zhǎng)區(qū)間為190~400 nm，定量分析波長(zhǎng)為245 nm；以光引發(fā)劑濃度為橫坐標(biāo)，出峰面積為縱坐標(biāo)，擬合得到表2 中4種光引發(fā)劑的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

表1 流動(dòng)相梯度Table 1 Mobile phase gradients

表2 4種光引發(fā)劑的線性方程與線性相關(guān)系數(shù)Table 2 Linear equations and linear correlation coefficients of four photoinitiators

1.3 UV固化涂料及涂膜的制備

光固化涂料具體配方如表3 所示。將光引發(fā)劑、活性稀釋劑以及光固化樹脂RY1101，在避光條件下充分?jǐn)嚢杈鶆颍婵彰撆莺蟮玫焦夤袒苛?。文中所用光引發(fā)劑及活性稀釋劑結(jié)構(gòu)如圖1所示。

表3 UV固化涂料配方Table 3 Formulation of UV-curable coatings

圖1 光引發(fā)劑和活性稀釋劑的結(jié)構(gòu)式Fig.1 The structural formulas of photoinitiators and reactive diluents

用丙酮擦拭玻璃板表面，以除去基材表面的污染物。利用BYK 框式涂膜器在玻璃基材表面制備一層厚度為120 μm 的濕膜，隨后使用履帶式光固化機(jī)以5.7 m/min 的速度對(duì)濕膜進(jìn)行6 次曝光固化，單次輻照能量約為150 mJ/cm2，輻照總能量為900 mJ/cm2。固化完成后，將涂膜從基材上剝離，進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

1.4 性能測(cè)試

1.4.1 涂膜中光引發(fā)劑遷移率測(cè)試

將固化后的涂膜用粉碎設(shè)備裁剪成一定尺寸，稱量約20 mg 涂膜，精確至0.1 mg，放置于離心管中；按照每0.1 g 涂膜加入10 mL 乙腈在一定溫度條件下進(jìn)行恒溫浸提，提取時(shí)間為12 h；提取完畢后用0.22 μm 的有機(jī)相濾膜過(guò)濾提取液，再用乙腈將濾液稀釋10 倍。隨后使用HPLC-DAD 對(duì)浸提液進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)光引發(fā)劑在液相色譜柱中的保留時(shí)間以及二極管陣列檢測(cè)器測(cè)到的紫外-可見吸收光譜對(duì)光引發(fā)劑進(jìn)行定性定量測(cè)試，液相色譜與二極管陣列檢測(cè)器的分析條件與1.2所述一致。

本實(shí)驗(yàn)使用遷移率作為研究光引發(fā)劑遷移行為的評(píng)價(jià)對(duì)象，計(jì)算如式（1）所示。

式中：m1—光固化涂料中光引發(fā)劑質(zhì)量，根據(jù)光引發(fā)劑在配方中的添加量得到的；m2—光引發(fā)劑的遷移質(zhì)量，將溶劑浸泡涂膜后得到浸提液，利用HPLCDAD法來(lái)進(jìn)行定量分析得到的。

1.4.2 涂膜交聯(lián)密度測(cè)定

涂膜的交聯(lián)密度采用動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試條件為從30 ℃開始以5 ℃/min的速率升溫到180 ℃，根據(jù)式（2）計(jì)算出涂膜的交聯(lián)密度[14]。

式中：E'—橡膠態(tài)平臺(tái)區(qū)的儲(chǔ)能模量，通常取比Tg高40 ℃處的儲(chǔ)能模量，Pa；R—理想氣體常數(shù)，8.314 J（/mol·K）；T—熱力學(xué)溫度，K。

1.4.3 涂膜表面細(xì)胞毒性測(cè)定

將涂料涂覆在厚度為0.05 mm 的304 食品級(jí)不銹鋼基材上，固化后剪成1 cm×1 cm 的正方形薄片，放入24孔培養(yǎng)板中，每孔中加入1 mL的L929細(xì)胞懸液（每mL 含2×105個(gè)L929 細(xì)胞），另設(shè)空白304 不銹鋼基材作為陰性對(duì)照；將24 孔板置于37 ℃培養(yǎng)箱（CO2體積分?jǐn)?shù)5%，相對(duì)濕度95%）內(nèi)培養(yǎng)，24 h 后每孔加入鈣黃綠素AM 溶液（1 mol/L 的DMSO 溶液）至其最終濃度為20 mmol/L，隨后馬上加入碘化丙啶（1 mol/L 的PBS 溶液）溶液至其最終濃度為40 mmol/L，繼續(xù)培養(yǎng)10 min。取出樣品用無(wú)菌PBS溶液沖洗2 次，用正置熒光顯微鏡分別在493 nm 及535 nm的激發(fā)波長(zhǎng)下觀察L929細(xì)胞在涂膜表面的生長(zhǎng)形態(tài)及存活情況，每個(gè)樣品至少選取6個(gè)不同位置拍攝數(shù)碼照片。拍攝后將樣品轉(zhuǎn)移至每孔含1 mL 新鮮培養(yǎng)基的24 孔培養(yǎng)板中，再每孔加入100 μL 質(zhì)量濃度為5 g/L 的MTT 溶液，培養(yǎng)4 h 后吸除混合培養(yǎng)基，每孔再加入1 mL 的DMSO 并振蕩溶解3 min；用酶標(biāo)儀測(cè)定DMSO 溶液在570 nm 處的吸光度（OD值），以630 nm 作為參考波長(zhǎng)，通過(guò)式（3）計(jì)算得到細(xì)胞相對(duì)活力。實(shí)驗(yàn)中每個(gè)樣品至少3個(gè)獨(dú)立培養(yǎng)孔，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對(duì)光引發(fā)劑遷移率的影響

不同的環(huán)境條件對(duì)光引發(fā)劑的遷移會(huì)有一定的影響，實(shí)驗(yàn)以1173 為光引發(fā)劑，TPGDA 為活性稀釋劑，RY1101為低聚物制備了光固化涂膜，探究溫度對(duì)光引發(fā)劑1173遷移行為的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 光引發(fā)劑1173遷移率隨遷移溫度的變化Fig.2 Migration ratio of 1173 varied with migration temperature

由圖2 可知，光引發(fā)劑的遷移率隨著時(shí)間的增加表現(xiàn)出先增加后不變的趨勢(shì)，當(dāng)遷移時(shí)間達(dá)到6 h時(shí)，光引發(fā)劑的遷移率已趨于穩(wěn)定，因此后續(xù)的遷移實(shí)驗(yàn)時(shí)間調(diào)整為12 h。此外，溫度對(duì)光引發(fā)劑遷移率的影響較為明顯，在前1 h 內(nèi)，溫度越高，光引發(fā)劑的遷移率越高，但遷移時(shí)間達(dá)到6 h 后，雖然高溫加速分子的熱運(yùn)動(dòng)，但是對(duì)光引發(fā)劑遷移率幾乎沒(méi)有影響，從側(cè)面表明延長(zhǎng)遷移時(shí)間不會(huì)進(jìn)一步增加光引發(fā)劑的遷移率，考慮到光固化涂料的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，最終選擇的遷移溫度為20 ℃。

2.2 活性稀釋劑對(duì)光引發(fā)劑遷移率和細(xì)胞毒性的影響

活性稀釋劑是光固化涂料的重要組成部分，它不僅可以用來(lái)代替溶劑調(diào)節(jié)光固化涂料配方的黏度，還可以用來(lái)改善涂膜的各種性能。本實(shí)驗(yàn)以1173作為光引發(fā)劑，研究了活性稀釋劑的種類（官能度）對(duì)光引發(fā)劑遷移率和細(xì)胞毒性的影響，結(jié)果如圖3所示。

從圖3 可以看出隨著活性稀釋劑官能度的增加，光引發(fā)劑的遷移率從單官活性稀釋劑HEA 涂膜的48.60% 降到了雙官活性稀釋劑TPGDA 涂膜的38.98%，這一方面是因?yàn)閱喂倌芏然钚韵♂寗┑姆磻?yīng)活性較高，引發(fā)聚合所需要的活性種更少，導(dǎo)致更多的光引發(fā)劑殘留在涂膜中，另一方面是因?yàn)殡S著活性稀釋劑官能度的增加，涂膜的交聯(lián)密度從2 121.05 mol/m3增加到4 457.52 mol/m3，形成了更加致密的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使光引發(fā)劑更難遷移出來(lái)，導(dǎo)致光引發(fā)劑的遷移率出現(xiàn)下降。而隨著活性稀釋劑官能度的進(jìn)一步增加，遷移率幾乎不變，這是因?yàn)槎喙倩钚韵♂寗┑姆磻?yīng)活性基本相同并且聚合物交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法阻礙溶劑進(jìn)入涂膜中提取光引發(fā)劑，因此光引發(fā)劑遷移率保持不變。由于不同活性稀釋劑對(duì)光引發(fā)劑遷移率的影響不大，因此涂膜的細(xì)胞毒性沒(méi)有表現(xiàn)出一個(gè)較為明顯的規(guī)律，且培養(yǎng)基對(duì)光引發(fā)劑的提取率較低，導(dǎo)致涂膜表現(xiàn)出較低的L929細(xì)胞毒性，最終選用TPGDA作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的活性稀釋劑。

圖3 活性稀釋劑種類對(duì)光引發(fā)劑遷移率和細(xì)胞毒性的影響Fig.3 Effects of type of reactive diluents on migration ratio of photoinitiators and cytotoxicity

圖4 為TPGDA 含量對(duì)光引發(fā)劑遷移率和細(xì)胞毒性的影響。

圖4 活性稀釋劑含量對(duì)光引發(fā)劑遷移率和細(xì)胞毒性的影響Fig.4 Effects of content of reactive diluents on migration ratio of photoinitiators and cytotoxicity

由圖4 可以發(fā)現(xiàn)活性稀釋劑含量對(duì)光引發(fā)劑遷移率的影響較小，其最大值為43.34%，最小值為38.56%。這是因?yàn)榈途畚颮Y1101 與TPGDA 的丙烯酸酯官能團(tuán)的反應(yīng)活性相似，改變低聚物與活性稀釋劑的比例對(duì)聚合反應(yīng)所消耗的活性種數(shù)目影響較小。此外還發(fā)現(xiàn)活性稀釋劑含量對(duì)涂膜的交聯(lián)密度的影響顯著低于活性稀釋劑種類的影響。由圖4（b）可知活性稀釋劑含量的變化對(duì)L929細(xì)胞的毒性幾乎無(wú)影響，這一方面是因?yàn)楣庖l(fā)劑的遷移率變化很小，另一方面是因?yàn)榛钚韵♂寗┙^大部分參與到聚合反應(yīng)中，僅有極少量的活性稀釋劑會(huì)發(fā)生遷移[15]。

2.3 光引發(fā)劑種類對(duì)遷移率和細(xì)胞毒性的影響

目前，市場(chǎng)上有很多商品化UV光引發(fā)劑，為了探究不同光引發(fā)劑對(duì)遷移率及細(xì)胞毒性的影響，除1173外本實(shí)驗(yàn)還選用184、907和TPO作為研究對(duì)象，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，其中4種光引發(fā)劑均占配方總質(zhì)量的3%，圖6為不同濃度的純光引發(fā)劑對(duì)L929的細(xì)胞毒性。

圖5 光引發(fā)劑種類對(duì)光引發(fā)劑遷移率和細(xì)胞毒性的影響Fig.5 Effects of type of photoinitiators on migration ratio of photoinitiators and cytotoxicity

由圖5 可知，使用不同光引發(fā)劑對(duì)涂膜遷移率的影響很大，一方面是由光引發(fā)劑的相對(duì)分子質(zhì)量大小決定的，相對(duì)分子質(zhì)量越大的光引發(fā)劑，其遷移率越低[16]；另一方面UV 光源發(fā)射波長(zhǎng)與光引發(fā)劑吸收波長(zhǎng)的匹配性[17]、光引發(fā)劑的量子產(chǎn)率[18]和生成初級(jí)自由基的活性差異[19]的共同作用導(dǎo)致TPO 在涂膜中的殘留量較少，故TPO 的遷移率會(huì)更低。結(jié)合圖6分析可知，在TPO 濃度較高的情況下，其表現(xiàn)出較為明顯的細(xì)胞毒性。但是將TPO 引入到光固化涂料中，發(fā)現(xiàn)其幾乎沒(méi)有細(xì)胞毒性，這是因?yàn)橥磕ぶ械腡PO遷移率很低。除TPO 外，其余3種光引發(fā)劑及其參與固化的涂膜均沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的細(xì)胞毒性。因此，選擇光固化涂料配方不僅要考慮光引發(fā)劑本身的毒性，最好還要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用對(duì)涂料的毒性進(jìn)行測(cè)試，兩者的結(jié)果可能并不一致。

圖6 不同光引發(fā)劑及其濃度對(duì)細(xì)胞毒性的影響Fig.6 Effects of different photoinitiators and concentrations on cytotoxicity

2.4 光引發(fā)劑含量對(duì)遷移率和細(xì)胞毒性的影響

為了提高光固化涂料中的活性種濃度以抑制氧阻聚作用并提高UV 固化效率[20]，實(shí)際應(yīng)用中會(huì)增加光引發(fā)劑的用量。圖7為光引發(fā)劑1173的含量從1%逐步增加至9%的過(guò)程中，遷移率和細(xì)胞毒性的變化情況，其中光引發(fā)劑含量以配方總質(zhì)量計(jì)。

圖7 光引發(fā)劑含量對(duì)光引發(fā)劑遷移率和細(xì)胞毒性的影響Fig.7 Effects of content of photoinitiators on migration ratio of photoinitiators and cytotoxicity

由圖7 可知，隨著光引發(fā)劑含量的增加，其遷移率由36.25%逐漸增加至50.15%。這是因?yàn)樵谳椪樟抗潭ǖ那疤嵯?，被UV 所激發(fā)生成活性種并引發(fā)聚合反應(yīng)的光引發(fā)劑是有限的[21]，因此隨著光引發(fā)劑含量的增加，涂膜中殘留光引發(fā)劑的比例會(huì)隨之增加，導(dǎo)致光引發(fā)劑遷移率增加。隨著光引發(fā)劑含量的增加，涂膜的細(xì)胞毒性逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，當(dāng)光引發(fā)劑含量達(dá)到5%及以上時(shí)，細(xì)胞活性＜80%，表現(xiàn)出對(duì)L929 細(xì)胞有一定的毒性作用。總體來(lái)看，細(xì)胞毒性與光引發(fā)劑遷移率是正相關(guān)的。

圖8 為不同光引發(fā)劑含量對(duì)細(xì)胞形態(tài)變化的熒光染色照片。

圖8 不同光引發(fā)劑含量對(duì)細(xì)胞形態(tài)變化的熒光染色照片F(xiàn)ig.8 Fluorescence staining photos of cell morphological changes with different photoinitiator contents

由圖8 可知，1%光引發(fā)劑含量的涂膜上存活的細(xì)胞（被染為綠色）生長(zhǎng)非常密集，且多數(shù)細(xì)胞呈紡錘形，死亡的細(xì)胞（被染為紅色）較少。當(dāng)光引發(fā)劑含量超過(guò)5%時(shí)，細(xì)胞生長(zhǎng)的密度較低，且死亡細(xì)胞的比例更高，這表明高光引發(fā)劑含量的涂膜對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)有一定的抑制作用。因此在實(shí)際應(yīng)用中1173 添加量最好選擇低于5%的配方作為光固化涂料。

2.5 輻照量對(duì)光引發(fā)劑遷移率和細(xì)胞毒性的影響

UV 是誘導(dǎo)光引發(fā)劑分解生成自由基的能量來(lái)源，光的輻照劑量直接決定了光引發(fā)劑的分解程度，而光輻照時(shí)間與光輻照劑量成正比關(guān)系，可以通過(guò)調(diào)控光輻照的時(shí)間來(lái)控制光輻照的劑量。實(shí)驗(yàn)選取1173 作為光引發(fā)劑，研究了輻照量對(duì)光引發(fā)劑遷移率的影響，結(jié)果如圖9所示。

圖9 輻照量對(duì)光引發(fā)劑遷移率和細(xì)胞毒性的影響Fig.9 Effects of UV irradiation on migration ratio of photoinitia?tors and cytotoxicity

由圖9 可知，隨著輻照量的增加，光引發(fā)劑的遷移率從63.99%降低至38.98%且其降低速率逐漸變小，最終保持不變。這是因?yàn)樵诰酆戏磻?yīng)初期隨著光輻照次數(shù)的增加，更多的光引發(fā)劑會(huì)被激發(fā)誘導(dǎo)聚合反應(yīng)，導(dǎo)致光引發(fā)劑的遷移率出現(xiàn)了明顯的下降，而隨著輻照量的進(jìn)一步增加，由于該反應(yīng)體系已經(jīng)達(dá)到很高的轉(zhuǎn)化率，籠蔽效應(yīng)導(dǎo)致光引發(fā)劑產(chǎn)生的活性種無(wú)法參與聚合反應(yīng)[22]，用以引發(fā)聚合的光引發(fā)劑會(huì)顯著減少，導(dǎo)致最終光引發(fā)劑的遷移率趨于穩(wěn)定。當(dāng)輻照次數(shù)較少時(shí)，涂膜中光引發(fā)劑的遷移率較高且體系的固化程度還沒(méi)達(dá)到完全，由于丙烯酸酯基團(tuán)對(duì)細(xì)胞有一定的刺激作用[23]，因此表現(xiàn)出一定的細(xì)胞毒性，隨著輻照量的進(jìn)一步增加，涂膜完全固化，其生物相容性變好。

圖10 為不同輻照量對(duì)細(xì)胞形態(tài)變化的熒光染色照片。

由圖10 可以發(fā)現(xiàn)，較低輻照量的涂膜對(duì)細(xì)胞抑制生長(zhǎng)的作用十分顯著，涂膜上的細(xì)胞密度較低且死細(xì)胞數(shù)較多。當(dāng)輻照次數(shù)＞3 次后，涂膜抑制細(xì)胞生長(zhǎng)的作用較小，輻照4次時(shí)，細(xì)胞的生長(zhǎng)情況最好。這可能是因?yàn)檩椪樟康倪M(jìn)一步增加會(huì)導(dǎo)致光引發(fā)劑光解產(chǎn)物量的小幅度增加，從而抑制了細(xì)胞的生長(zhǎng)。

圖10 不同輻照次數(shù)對(duì)細(xì)胞形態(tài)變化的熒光染色照片F(xiàn)ig.10 Fluorescence staining photos of cell morphological changes with different UV irradiation

2.6 膜厚對(duì)光引發(fā)劑遷移率和細(xì)胞毒性的影響

圖11 為濕膜厚度對(duì)光引發(fā)劑1173 遷移率和涂膜細(xì)胞毒性的影響。

由圖11 可知，120 μm 涂膜的光引發(fā)劑遷移率比60 μm 的涂膜高9.8%，因?yàn)楸韺拥墓庖l(fā)劑能夠吸收部分紫外光，導(dǎo)致深層的光引發(fā)劑吸收的紫外光強(qiáng)度下降，而這一作用隨著膜厚的增加而增強(qiáng)，因此膜厚的增加會(huì)提升涂膜中光引發(fā)劑的遷移率。增加膜厚雖然會(huì)在一定程度上提升光引發(fā)劑的遷移率，但卻不會(huì)抑制細(xì)胞的生長(zhǎng)，3 種膜厚的涂膜均沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的細(xì)胞毒性。因此，膜厚不是影響毒性的主要因素。

圖11 膜厚對(duì)光引發(fā)劑遷移率和細(xì)胞毒性的影響Fig.11 Effects of film thickness on migration ratio of photoinitia?tors and cytotoxicity

3 結(jié) 語(yǔ)

本研究建立了UV 固化涂料中光引發(fā)劑遷移率的檢測(cè)和涂膜細(xì)胞毒性的評(píng)價(jià)方法，使用HPLCDAD 得到了不同涂料配方和固化工藝所制得涂膜的光引發(fā)劑遷移率，此外還用MTT 和細(xì)胞熒光染色法評(píng)價(jià)了不同涂膜的細(xì)胞毒性，結(jié)合光引發(fā)劑遷移率等因素對(duì)細(xì)胞毒性結(jié)果進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)高光引發(fā)劑含量及低UV 輻照量對(duì)光引發(fā)劑遷移率的影響較大，從而導(dǎo)致涂膜存在細(xì)胞毒性；不同的光引發(fā)劑對(duì)遷移率影響較大，而對(duì)細(xì)胞毒性的影響不大；活性稀釋劑的種類和添加量對(duì)遷移率的影響有限，且均沒(méi)有表現(xiàn)出較為明顯的細(xì)胞毒性。