李 亮， 裴斐斐， 劉淑萍， 田蘇杰， 許夢媛， 劉讓同， 海 軍

(1.中原工學院 紡織學院， 河南 鄭州 451191； 2.鄭州大學 第一附屬醫(yī)院， 河南 鄭州 450052； 3.中原工學院 服裝學院， 河南 鄭州 451191； 4.江南大學 紡織科學與工程學院， 江蘇 無錫 214122)

敷料是醫(yī)療衛(wèi)生應用中重要的輔助材料，主要有棉紗類[1]、殼聚糖類[2]、海藻酸鹽類[3]、膠原蛋白類[4]、含炭類[5]、聚氨酯(PU)泡沫類[6]、水凝膠類[7]、銀離子類[8]、功能復合類[9]等，具有覆蓋、隔離、吸-放液等功能，可應用于受損皮膚界面。受損皮膚修復一般會經歷炎癥期、修復期及成熟期3個階段[10]。對處于炎癥期的傷口，敷料應具有減小炎癥或抗炎功能；傷口處于修復期時，敷料應能維持創(chuàng)傷界面濕潤清潔，以促進肉芽組織形成，減少愈合時間，使傷口無痂皮愈合。早期醫(yī)用敷料主要以傷口隔離、吸液為目的，使傷口在干燥無菌條件下愈合。1962年，WINTER博士證實了傷口在無菌、低氧、濕潤條件下，有利于細胞增殖和愈合[11]；較多學者基于“濕性愈合理論”提出了豐富的醫(yī)用敷料構筑策略[12]。

納米纖維所構筑的纖維集合體，具有較好的多孔性及孔隙連通性，高比表面積和優(yōu)異的阻隔性能，該特性利于藥物的封裝與有效的釋放。常見的醫(yī)用納米纖維敷料可分為天然聚合物和合成聚合物兩類，天然聚合物具有促進傷口愈合功效如：殼聚糖、纖維素、膠原蛋白[13]、明膠、絲素[14]等。合成聚合物用于醫(yī)用敷料如：聚乳酸、聚氯乙烯和聚乙烯醇，較天然聚合物具有優(yōu)異的力學性能和易加工性。MALEKI[15]、HONGYAN[16]等研究表明，聚乳酸納米纖維對皮膚膠原和血管的生產具有積極作用，加速傷口愈合速度。因此，聚乳酸納米纖維集合體因其優(yōu)異的力學性能、可生物降解性適宜醫(yī)用敷料。然而理想的敷料須具有優(yōu)異的抑菌性能，抗菌載藥處理是有效解決方案，ALEXA-MARIA[9]、吳煥嶺[17]、唐志敏等[18]以抗菌藥物分別在聚己內酯、細菌纖維素以及聚乙烯醇/海藻酸鈉共混納米纖維集合體進行載藥，制備了具有抗菌功效的傷口敷料。

阿莫西林屬于半合成的廣譜β-內酰胺類抗生素，具有殺菌強、吸收快、毒性低等優(yōu)點，目前臨床廣泛應用，然而高劑量使用過程中藥物突釋現(xiàn)象對人體易造成嚴重副作用[19]。聚乳酸納米纖維具有優(yōu)異的藥物釋放特性，將其作為載體，采用阿莫西林與聚乳酸紡絲原液摻雜的方式，使阿莫西林分布于納米纖維內外，有望解決其藥物突釋現(xiàn)象，進而控制藥物釋放速度，規(guī)避其高劑量突釋誘發(fā)的毒副作用。本文以聚乳酸為原料，摻雜不同質量分數(shù)阿莫西林，通過靜電紡絲技術制備具有孔隙率高、比表面積大、貼附能力強、柔軟、抗炎等特征的納米纖維膜，并探索其用于醫(yī)用敷料時的潤濕性、體外降解、藥物緩釋、抗菌性。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

聚乳酸(相對分子質量為85 000，武漢海山科技有限公司)、金黃色葡萄球菌菌株(紐輝生物有限公司)、大豆瓊脂(北京緣生化科技有限公司)；氯仿(分析純，河南華文化工有限公司)、阿莫西林(純度≥98%，哈藥集團制藥總廠)；磷酸鹽緩沖液(PBS),自制。

1.2 聚乳酸納米纖維基載藥敷料制備

紡絲液：將聚乳酸溶解于氯仿溶劑中配成質量分數(shù)為9%的紡絲液，添加相對于紡絲液中聚乳酸質量分別為1%、2%、3%的阿莫西林，60 ℃恒溫攪拌6 h至完全溶解。

聚乳酸納米纖維基載藥敷料：將上述紡絲液注入計量泵在靜電紡絲機上進行紡絲，相關參數(shù)為：紡絲電壓15 kV、推進速度3 mL/h、接收距離20 cm、接收輥轉速100 r/min，室溫進行紡絲。并將制備的載藥納米纖維敷料置于真空干燥箱中干燥48 h，去除纖維中殘留溶劑。

1.3 測試與表征

紡絲液性質測試：分別采用數(shù)顯電導率儀和AR-1500ex型流變儀，對不同載藥量聚乳酸紡絲液的電導率和黏度進行測試。

形貌特征：采用TM3000型掃描電子顯微鏡(SEM) 觀察聚乳酸納米纖維基載藥敷料的形貌特征，噴金100 s，加速電壓為20 kV。

化學結構：采用Tensor37型紅外光譜儀和Ultima IV型X射線衍射(XRD)儀對聚乳酸基納米纖維載藥敷料進行化學結構分析，掃描范圍為4 000～400 cm-1，2θ為5°～90°。

潤濕性：采用德國OCA2型接觸角測試儀，借助懸浮液滴法測量接觸角，注入液態(tài)水量為3 μL，當水滴達到平衡時角度即為接觸角。

體外降解：將聚乳酸納米纖維基載藥敷料(0.05 g)浸入PBS緩沖液(10 mL)，置于恒溫柜中，溫度37.5 ℃，分別于12、24、48、72、96、120、144、168、192 h后取出樣品，清水洗凈、烘干稱量，計算質量累計降解率。

藥物緩釋：將聚乳酸納米纖維基載藥敷料(0.05 g)分別浸入pH值為5.5與pH值為7.5 的PBS緩沖液(10 mL)，置于溫度37.5 ℃恒溫柜中進行藥物釋放，在0.5、1、1.5、2、4、8、16、32、48、72、84、90、100、120、140、160、180 h時間點分別取出釋放液1 mL，同時補入溫度37.5 ℃的緩沖液1 mL。采用UV-1100紫外分光光度計測定釋放介質在273 nm下的吸光度，計算藥物累計釋放量。

抗菌性：選取金黃色葡萄球菌，將聚乳酸納米纖維基載藥敷料進行紫外光照射殺菌30 min，浸于300 μL菌液中，放入培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。用紫外分光光度計測定液體600 nm的吸光度，按下式[2]計算抑菌率：

式中：R為抑菌率，%；Ac為培養(yǎng)細菌懸浮液的吸光度(不含敷料);As表示培養(yǎng)細菌懸浮液的吸光度(含敷料)。

選取金黃色葡萄球菌，在大豆瓊脂培養(yǎng)基平板表面均勻涂抹，將1 cm×1 cm的方形聚乳酸納米纖維基載藥敷料固定在瓊脂表面，置于恒溫37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，記錄抑菌效果。

2 結果與討論

2.1 形貌特征

多孔結構的納米纖維膜可為細胞增殖提供空間、為營養(yǎng)物質的供應提供路徑，同時具有高氧氣滲透率，有利于滲出液的排出，保護傷口免受感染和脫水[12]。通過靜電紡絲技術制備聚乳酸納米纖維敷料，其掃描電鏡照片如圖1所示。觀察可知，敷料中纖維直徑與載藥量密切相關，聚乳酸納米纖維敷料其纖維平均直徑為1 230 nm，而載藥敷料纖維平均直徑分別為807 nm(載藥量為1%)、756 nm(載藥量為2%)、684 nm(載藥量為3%)，如圖2所示。隨載藥量的增加單纖維直徑降低，是因為聚乳酸紡絲液加入阿莫西林后，紡絲液的電導率有一定程度的提高，增大了靜電場對紡絲細流牽引力，其中，不同載藥量聚乳酸紡絲液的黏度和電導率參數(shù)見表1。

圖1 聚乳酸納米纖維基載藥敷料掃描電鏡照片(×20 000)Fig.1 SEM images of polylactic acid nanofiber drug loaded dressing(×20 000). (a) Polylactic acid nanofiber; (b) Doped with 1% amoxicillin; (c) Doped with 2% amoxicillin;(d) Doped with 3% amoxicillin

圖2 聚乳酸納米纖維基載藥敷料纖維直徑分布直方圖Fig.2 Fiber diameter distribution histogram of polylactic acid nanofiber drug loaded dressing. (a) Polylactic acid nanofiber; (b) Doped with 1% amoxicillin; (c) Doped with 2% amoxicillin; (d) Doped with 3% amoxicillin

表1 不同載藥量聚乳酸紡絲液的性質Tab.1 Solution property of PLA with different drug loadings

聚乳酸纖維間存在豐富的孔隙，具有多孔材料結構特征，首先是敷料中纖維直徑細化有利于多孔結構的形成，增加了敷料的孔隙率、比表面積、柔軟及通透性；其次是摻雜不同質量分數(shù)阿莫西林，使聚乳酸納米纖維形成粗糙界面，從圖1中也可觀察到附著于纖維表面的顆粒，隨載藥量增加，附著顆粒現(xiàn)象愈明顯，表明阿莫西林負載于聚乳酸納米纖維敷料中。由于阿莫西林在聚乳酸紡絲液制備過程以摻雜方式添加，阿莫西林存在于纖維表面和內部，正是由于纖維內部阿莫西林的存在，使載藥敷料具有平緩的藥物釋放能力。

實驗組完全緩解30例，部分緩解13例，沒有緩解2例，總有效率為95.56%，參照組完全緩解20例，部分緩解17例，沒有緩解8例，總有效率為82.22%，組間數(shù)據(jù)對比，χ2=4.050 0，P=0.044 1，差異有統(tǒng)計學意義。

2.2 化學結構

借助紅外光譜分析聚乳酸納米纖維基載藥敷料化學結構，結果如圖3所示?？芍?，聚乳酸敷料吸收峰值主要由3 506、3 000、2 924、1 760、1 456、1 086 cm-1組成，其中3 506 cm-1處吸收峰由羥基伸縮振動產生，3 000與2 924 cm-1處吸收峰源于碳氫伸縮振動峰、1 760 cm-1處吸收峰主要由于羰基伸縮振動產生，1 456 cm-1處吸收峰由CH3不對稱彎曲振動產生，1 086 cm-1處吸收峰歸屬于酯基不對稱振動產生[9]。載藥后敷料主要吸收峰值未發(fā)生明顯變化，說明阿莫西林與聚乳酸并沒有發(fā)生化學反應，阿莫西林未被改性，但在3 506 cm-1處吸收峰值隨敷料中阿莫西林載藥量的增加而逐漸增強，歸結于阿莫西林中的羥基與聚乳酸中羥基協(xié)同伸縮振動所致，這也說明阿莫西林被成功負載。

圖3 聚乳酸納米纖維載藥敷料紅外光譜圖Fig.3 Infrared spectra of polylactic acid nanofiber drug loaded dressing

借助X射線衍射分析聚乳酸納米纖維基載藥敷料的聚集態(tài)結構，結果如圖4所示。不難發(fā)現(xiàn)，聚乳酸敷料衍射峰峰形平緩，在2θ為15.1°附近存在衍射峰，載藥后敷料在2θ為15.1°、22.05°附近均出現(xiàn)衍射峰。聚乳酸晶體生長過程，晶體生長速率與紡絲液黏度相關[20]，紡絲液黏度低，聚乳酸分子鏈活動能力增加，晶體生長速率提高，結晶速度增加，結晶度提高。由表1不難發(fā)現(xiàn)，摻雜阿莫西林后，聚乳酸紡絲液黏度隨其摻雜阿莫西林質量分數(shù)的增加而下降，提高了聚乳酸的結晶速度，使其結晶度增加，進而出現(xiàn)圖4中載藥敷料衍射峰峰形較未載藥敷料的衍射峰峰形更加突出。

圖4 聚乳酸納米纖維載藥敷料X射線衍射圖Fig.4 X-ray diffraction pattern of polylactic acid nanofiber drug loaded dressing

2.3 潤濕性

通過接觸角測試反映敷料的潤濕性，接觸角愈大，敷料疏水性強。圖5給出了載藥前后聚乳酸納米纖維敷料的接觸角。可以發(fā)現(xiàn)，聚乳酸納米纖維敷料液態(tài)水接觸角為135°，表現(xiàn)為疏水性；當加入阿莫西林后，接觸角有所下降，當載藥量為1%、2%、3%時，敷料的接觸角分別對應為129°、122°和110°，說明載藥量的增加，敷料疏水性有所下降。其主要原因在于載藥量增加使敷料中纖維直徑下降，比表面積增加，進而提高敷料界面吸附能力，另外分布于纖維表面的阿莫西林本身具有親水的羥基，有利于改善敷料的潤濕性。傷口愈合要求敷料具有液體吸收和留存能力，潤濕性適當改善是對這種需求的滿足，因此，載藥聚乳酸納米纖維敷料有益于傷口愈合。

圖5 聚乳酸納米纖維載藥敷料接觸角Fig.5 Contact angle of polylactic acid nanofiber drug loaded dressing

2.4 自降解性

聚乳酸納米纖維具有良好生物相容性、對藥物不產生負面改性的優(yōu)點，同時在人體內可自降解，降解機制如圖6所示。聚乳酸纖維屬于脂肪族聚酯類材料，大分子主鏈含有大量的酯基，空間位阻較小，在酸或堿的水溶液中，酯基遇到水分子易發(fā)生水解反應[21]。聚乳酸在降解的過程中會產生乳酸，使反應界面pH值下降，酸性條件下，H+含量增加，促進水解反應。聚乳酸敷料降解后，纖維機械性質下降，敷料去除過程中纖維易斷裂，纖維與皮膚分離過程不易造成創(chuàng)傷面的二次損傷，鑲嵌于皮膚內的納米纖維可在人體內自降解，利于傷口小痂皮愈合。

圖6 聚乳酸納米纖維降解機制Fig.6 Degradation mechanism of polylactic acid nanofibers

圖7(a)示出聚乳酸納米纖維載藥敷料降解曲線。在pH值為7.5時，48 h內累計降解率平緩，分別為3.3%(聚乳酸納米纖維)、5.6%(載藥1%)、5.7%(載藥2%)、6.7%(載藥3%)，120 h內累計降解率分別為13.1%(聚乳酸納米纖維)、14.7%(載藥1%)、16.1%(載藥2%)、17.2%(載藥3%)。不難發(fā)現(xiàn)，敷料中載藥量對降解率有明顯影響，載藥量越高，降解速度越快，這主要由于載藥量增加，敷料纖維直徑下降，比表面積增加，敷料吸收體液能力增強，增大纖維與體液的接觸面積，阿莫西林易溶于體液，纖維釋放阿莫西林后界面出現(xiàn)刻蝕，提高了體液在纖維界面的傳輸，使敷料降解速度加快。

圖7 聚乳酸納米纖維載藥敷料降解曲線Fig.7 Degradation curve of polylactic acid nanofiber drug loaded dressing

聚乳酸降解過程中產生乳酸，易使敷料局部降解反應界面處于弱酸性環(huán)境，進而進一步考察了酸性條件下敷料的降解性能，由圖7(b) 可知，敷料在pH值為 5.5時，48 h內累計降解率平緩，分別為3.67%(聚乳酸納米纖維)、6.12%(載藥1%)、6.35%(載藥2%)、7.65%(載藥3%)，120 h內累計降解率13.98%(聚乳酸納米纖維)、15.87%(載藥1%)、17.23%(載藥2%)、18.79%(載藥3%)。在pH值為5.5的弱酸性環(huán)境下，敷料降解速度較pH值為7.5高，敷料的降解率均隨時間增加而增加，在48 h內降解速率較慢，48～100 h降解速率有所提高，100～200 h間部分樣品降解速率有所減緩。這主要歸結于聚乳酸在酸性環(huán)境下，酯水解加快所致，同時也暗示了敷料在pH值為5.5與pH值為7.5環(huán)境下，敷料降解機制均為酯水解。

2.5 藥物緩釋

圖8示出載藥聚乳酸納米纖維敷料阿莫西林體外模擬累計釋放曲線?？梢园l(fā)現(xiàn)，在4 h內敷料藥物釋放速度較快，分別為8.8%(載藥1%)、12.9%(載藥2%)、15.5%(載藥3%)，當體液與敷料接觸時，存在于纖維表面的阿莫西林會快速釋放，且隨載藥量的增加而愈明顯，圖1掃描電鏡圖可進一步證明。4～100 h后藥物釋放速度下降，100 h后藥物釋放速度趨于平緩，敷料累計釋放率分別為75%(載藥1%)、78%(載藥2%)、81%(載藥3%)，說明敷料具有較好的藥物緩釋能力。因此，敷料在180 h內，藥物緩釋趨勢可分3個階段。第1階段在4 h內，敷料藥物釋放速度較快，主要由于纖維界面附著藥物，以擴散作用分散于PBS緩沖液，另外，脫落后藥物為纖維內部的藥物快速釋放提供有利通道，降低內部藥物向外擴散阻力。第2階段4～100 h內，敷料藥物處于緩慢釋放周期，由于PBS緩沖液向纖維內部滲透，敷料纖維內部的藥物由外至內逐漸釋放，進而使藥物釋放周期增加，擴散速度降低。PBS緩沖液中由于藥物釋放后使PBS緩沖液中藥物濃度的不斷增加，纖維內部藥物濃度與PBS緩沖液藥物濃度差縮小，進一步降低敷料藥物釋放速度。第3階段100 h后，敷料藥物釋放速度趨于平緩，主要由于敷料中纖維界面與內部藥物釋放基本完成，藥物進入纖維內部的概率與擴散出去的概率處于平衡狀態(tài)。若使敷料藥物完全釋放，需要進一步提高釋放時間，同時降低PBS緩沖液的藥物濃度。載藥量不同緩釋速度存在差異，主要是由于敷料納米纖維直徑不同所致，纖維直徑越小，敷料吸收體液能力越強，纖維界面附著的阿莫西林與PBS緩沖液接觸概率增加，進而提高藥物釋放率，這也暗示了調控敷料纖維直徑可控制載藥敷料藥物釋放速率。因此，基于敷料在180 h內，藥物緩釋趨勢可以看出，載藥聚乳酸納米纖維敷料具有藥物緩釋能力，釋放速度較為平穩(wěn)，有益于傷口愈合。

圖8 聚乳酸納米纖維載藥敷料體外模擬累計釋放曲線Fig.8 Simulated cumulative release curve of polylactic acid nanofiber drug loaded dressing in vitro

2.6 抗菌性

阿莫西林屬于半合成的廣譜β-內酰胺類抗生素，結構式如圖9所示，其抗菌機制主要是抑制細菌細胞壁粘肽交聯(lián)，造成細胞壁缺損，使菌體滲透壓改變，導致菌體膨脹死亡，因此藥物濃度對殺菌作用具有較大影響。圖10示出了聚乳酸納米纖維敷料載藥量對金黃色葡萄球菌抗菌活性的影響。

圖9 阿莫西林結構式Fig.9 Amoxicillin structural formula

圖10 聚乳酸納米纖維載藥敷料抑菌率Fig.10 Antibacterial rate of polylactic acid nanofiber drug loaded dressing

由圖10可知，聚乳酸納米纖維敷料抑菌率為6%，這意味著聚乳酸納米纖維敷料抗菌性效果較差。載藥1%聚乳酸納米纖維敷料抑菌率為76%，載藥2%、3%聚乳酸納米纖維敷料抑菌率分別為85%和91%，不難發(fā)現(xiàn)，隨著載藥量增加抗菌效果不斷增加，培養(yǎng)皿中抗菌實物圖也可進一步佐證該現(xiàn)象，這主要歸因于阿莫西林優(yōu)異的抗菌能力。另外，敷料中纖維直徑隨載藥量增加而降低，這樣可增加敷料的孔隙率與比表面積，提高了藥物的釋放速率，進而增加了阿莫西林與細菌的接觸概率，改善了敷料的抗菌性能。因此，聚乳酸納米纖維摻雜阿莫西林可以有效提高對金黃色葡萄球菌的抗菌性能，其抗菌性能隨載藥量增加而增加。

3 結 論

1)本文通過靜電紡絲技術制備聚乳酸基納米纖維載藥敷料，并對其微觀形貌、化學結構、潤濕性能、體外降解、藥物緩釋和抗菌性能進行研究，該敷料能提供一個具有優(yōu)良的通透性、良好的抗菌性，能隔菌濕潤自降解，利于細胞繁殖與生長促創(chuàng)面愈合的醫(yī)用敷料解決方案。

2)聚乳酸納米纖維敷料具有多孔結構，敷料纖維直徑隨載藥量增加而降低，載藥量增加，敷料纖維界面附著顆?，F(xiàn)象愈明顯。紅外光譜與X射線衍射結果表明，聚乳酸基納米纖維敷料載入阿莫西林，阿莫西林與聚乳酸并沒有發(fā)生化學反應，阿莫西林未出現(xiàn)負面改性，確保藥效。

3)聚乳酸納米纖維基載藥敷料親水性與抗菌性隨載藥量增加而增加，載藥3%敷料對金黃色葡萄球菌的抑菌率可達91%。聚乳酸納米纖維載藥敷料具有較好的自降解性能和平緩的藥物緩釋能力。