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通过冷等离子体将环糊精修饰聚丙烯网状装置用于疝气修复的表征及抗菌性能

期刊:applied surface science

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是对该研究的学术报告:

作者及研究机构
该研究的主要作者包括Noor Sanbhal、Ying Mao、Gang Sun、Rui Fang Xu、Qian Zhang和Lu Wang。他们分别来自东华大学纺织科学与技术教育部重点实验室、巴基斯坦Mehran工程技术大学纺织工程系以及美国加州大学戴维斯分校纺织与服装系。该研究发表于2018年的《Applied Surface Science》期刊。

学术背景
该研究属于材料科学与生物医学工程交叉领域,旨在解决疝气修复手术中使用聚丙烯(Polypropylene, PP)网片时常见的感染问题。PP网片是疝气修复手术中最常用的合成材料,但其疏水性限制了抗菌药物的负载,导致术后感染率较高(2%-16%)。因此,研究者希望通过表面改性技术,将环糊精(Cyclodextrin, CD)引入PP网片,并负载抗菌剂(如三氯生,Triclosan),以提升其抗菌性能,从而减少术后感染。

研究流程
研究主要包括以下几个步骤:
1. PP网片的冷氧等离子体处理:使用HD-300冷等离子体设备对PP网片进行表面活化,通过氧等离子体处理在PP纤维表面引入亲水性基团(如羟基和羧基),以增强其与CD的化学连接。处理条件为:压力10 Pa,功率40 W,时间300秒。
2. 环糊精的引入:将经过等离子体处理的PP网片浸入含有2%-8% CD和1%六亚甲基二异氰酸酯(HDI)的二甲基甲酰胺(DMF)溶液中,在65-80°C下反应60-150分钟,使CD与PP纤维表面化学结合。反应后,样品用温水洗涤并干燥。
3. 三氯生的负载:将CD修饰的PP网片浸入含有0.6%三氯生的水-乙醇混合溶液中,浸泡24小时,使三氯生进入CD的空腔中。
4. 样品表征:通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、差示扫描量热法(DSC)和水接触角测量等方法,对改性前后的PP网片进行表面形貌、化学组成、热性能和亲水性表征。
5. 抗菌性能测试:采用琼脂扩散法和连续平板转移法,评估改性PP网片对大肠杆菌(E. coli)和金黄色葡萄球菌(S. aureus)的抗菌效果,并测定其持续抗菌时间。

主要结果
1. 表面改性效果:冷氧等离子体处理显著增加了PP纤维的表面粗糙度,AFM显示表面粗糙度参数Sa和Sq分别增加了113.28%和29.969%。FTIR证实处理后的PP表面引入了羟基和羧基,增强了与CD的化学连接。
2. 环糊精和三氯生的负载:CD修饰的PP网片(CD-3)负载了最多的CD(7.37%)和三氯生(2.722%)。水接触角测量显示,改性后的PP网片亲水性显著提高,接触角从139.36°降至56.14°。
3. 抗菌性能:负载三氯生的PP网片(CD-Tric-1和CD-Tric-3)对E. coli和S. aureus表现出优异的抗菌效果,抑菌圈直径分别为9.0-10.0 mm和8.9-10.5 mm。连续平板转移法显示,CD-Tric-1和CD-Tric-3的抗菌效果分别可持续6天和7天。
4. 热稳定性:改性后的PP网片在400°C时重量损失增加(CD-Tric-1和CD-Tric-3分别为6%和9%),但其分解温度与未改性样品一致,表明改性未显著影响PP的热稳定性。

结论
该研究成功开发了一种新型抗菌PP网片,通过冷氧等离子体处理和环糊精修饰,显著提高了PP网片的亲水性和抗菌性能。该技术为减少疝气修复手术后的感染提供了有效的解决方案,具有重要的临床应用价值。

研究亮点
1. 创新性方法:首次将冷氧等离子体处理与环糊精修饰结合,用于PP网片的抗菌改性。
2. 显著效果:改性后的PP网片表现出优异的抗菌性能,且抗菌效果可持续长达7天。
3. 多维度表征:通过多种表征手段(SEM、AFM、FTIR等)全面验证了改性效果。

其他有价值的内容
研究还发现,未经等离子体处理的PP网片虽然也能负载CD和三氯生,但其抗菌效果不均匀且持续时间较短(仅3天),进一步证明了冷氧等离子体处理在增强CD与PP纤维化学连接中的必要性。

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