許瑩 陳建勇

摘要 針對(duì)殼聚糖在天然纖維面料抑菌整理中的應(yīng)用，研究了殼聚糖分子量與脫乙酰度對(duì)抑菌性能的影響，并采納XPS 與傅里葉紅外變換光譜技術(shù)對(duì)殼聚糖在布料上的吸附狀態(tài)進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞 抗微生物后整理 殼聚糖 棉布料

　　殼聚糖(Chitosan)由甲殼素(Chitin)脫乙?；频?。由于其資源豐富、無(wú)毒、無(wú)污染，并具有良好的生物相容性與生物可降解性，因此開(kāi)辟應(yīng)用研究發(fā)展飛快[1]。早在1979年，Allan等[2]就提出殼聚糖具有廣譜抑菌性，此后有許多學(xué)者對(duì)殼聚糖的抑菌性能進(jìn)行了研究[3]。本文針對(duì)殼聚糖在天然纖維面料抑菌整理中的應(yīng)用，研究了殼聚糖分子量與脫乙酰度對(duì)抑菌活性的影響，并采納XPS與傅里葉紅外變換光譜技術(shù)對(duì)殼聚糖在布料上的吸附狀態(tài)進(jìn)行了分析。
　　1實(shí)驗(yàn)
　　1·1主要實(shí)驗(yàn)材料
　　純棉漂白布(杭州印染廠)、殼聚糖(自制，淡黃色顆粒)、醋酸(分析純)。
　　1·2實(shí)驗(yàn)辦法
　　1·2·1棉面料的殼聚糖后整理
　　按所需加工布料的分量，以1:40的浴比計(jì)算殼聚糖的用量。準(zhǔn)確稱取肯定量的殼聚糖，并溶化在1%的醋酸溶液中，制成0.25%的殼聚糖溶液，在生化培養(yǎng)箱中保持溶化溫度20-25℃，成熟一天后，即為抑菌后整理劑。
　　用預(yù)先配制好的相同濃度，不同分子量與不同脫乙酰度的殼聚糖溶液后整理面料，后整理工藝為:浸泡30min后二浸二軋(軋余率100%)→預(yù)烘(10O℃×5min)→焙烘(140℃×3min)→清水沖洗→80℃烘干。
　　1·2·2殼聚糖和棉面料交聯(lián)情況的測(cè)試分析
　　在殼聚糖后整理棉布料的過(guò)程中，殼聚糖與棉面料交聯(lián)和否及其交聯(lián)程度，直接影響其抑菌性能。本文用掃描電鏡、光電子能譜(XPS)與傅里葉變換紅外光譜(FTIR)對(duì)殼聚糖和棉面料的物理吸附與化學(xué)交聯(lián)情況進(jìn)行測(cè)試與分析。
　　1·2·3后整理后殼聚糖抑菌性能測(cè)試
　　本實(shí)驗(yàn)選用自然界與人體皮膚粘膜中常見(jiàn)的三種菌。其中金黃色葡萄球菌是無(wú)芽抱細(xì)菌中反抗力強(qiáng)的致病菌，是引起新生兒皮膚感染與臍部感染的主要致病菌，是革蘭氏陽(yáng)性菌的代表。大腸桿菌是革蘭氏陰性菌的典型代表。白色念珠菌則是人體皮膚粘膜中常見(jiàn)的條件致病性真菌，簡(jiǎn)單引起新生兒鵝口瘡。其對(duì)藥物有敏感性，具有真菌的特性而又不同于細(xì)菌，菌落酷似細(xì)菌而又不同于霉菌，易計(jì)算觀看，可以作為真菌的典型代表。以上三種菌，作為代表菌種基本上反映出后整理面料的抑菌性[4]。實(shí)施辦法及步驟見(jiàn)參考文獻(xiàn)[5、6]。
　　2實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論
　　2·1殼聚糖在棉面料上的涂覆
　　用日站5-570電子掃描顯微鏡觀看殼聚糖后整理前后棉布料的縱向表面形態(tài)。殼聚糖在棉纖維上的表面吸附情況由掃描電鏡照片清晰可見(jiàn)。圖1為棉布料經(jīng)殼聚糖后整理前后縱向表面的掃描電鏡照片。

　　由電鏡照片可見(jiàn)，天然棉纖維和后整理后的棉纖維有著顯著差異。天然棉纖維經(jīng)殼聚糖后整理前，表面十分粗糙，有很多天然細(xì)小溝紋。經(jīng)殼聚糖后整理后，結(jié)合了殼聚糖的棉纖維表面的部分地區(qū)變得比較平坦光滑均勻。由此可見(jiàn)，棉布料經(jīng)殼聚糖后整理后，其表面實(shí)在有殼聚糖存在。
　　2·2棉布料與殼聚糖的光電子能譜(XPS)測(cè)試[7]
　　本實(shí)驗(yàn)是在ESCALABMKⅡ型表面分析儀的X射線光電子能譜上測(cè)定的。其實(shí)驗(yàn)條件為:以AIKa(1486eV)X為射線源，通道能為l00eV，步長(zhǎng)為0.leV/s，真空室壓力小于l×lO-6Pa,分辨率為0.8eV(Ag樣Al靶)，掃描數(shù)次累加，回一化處理。為了清潔被污染的棉布料表面，也為了考察殼聚糖在棉面料上結(jié)合狀況，采納Ar+離子槍發(fā)出離子束對(duì)布料表面進(jìn)行濺射，清除其表面污染層，并在超高真空中保存，供測(cè)試用。
　　為了能夠有效地分析殼聚糖和棉面料的結(jié)合情況，我們分離對(duì)未后整理的棉布料(1#)、殼聚糖后整理后的棉面料(2#)與殼聚糖(3#)進(jìn)行了XPS測(cè)試(棉布料后整理后用大量清水沖洗，以消除殘留在布料表面的殼聚搪)。
　　由于它們的結(jié)構(gòu)中都含有C元素，并且分子結(jié)構(gòu)中都不含石墨C原子，但都含有C-O結(jié)構(gòu)，因此，本實(shí)驗(yàn)以C-O鍵的Cls譜峰作為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)樣品進(jìn)行荷電校正，從而確定樣品的結(jié)合能位置。
　　由圖2可以明顯瞧出，棉布料在殼聚糖后整理之前是不含N元素的，所以對(duì)其進(jìn)行多次掃描后得到Nls譜圖曲線的振幅基本相同，它的主要成分是纖維素。當(dāng)棉布料用殼聚糖后整理之后，再進(jìn)行測(cè)試，雖然樣品表面己經(jīng)用離子槍進(jìn)行濺射消除其表面氧化層，但仍舊能在400-405eV的范圍內(nèi)較明顯地瞧到有N峰存在，說(shuō)明在棉纖維的表面有殼聚糖存在。

　　2·3棉布料與殼聚糖的傅里葉變換紅外光譜測(cè)試[8、9]
　　將殼聚糖、棉以及殼聚糖后整理過(guò)的棉用溴化鉀壓片法處理，進(jìn)行紅外測(cè)試，其中，殼聚糖后整理過(guò)的棉布料在切成粉末前用大量清水沖洗，干燥后再使用，以去除殼聚糖物理吸附在布料表面所造成的影響。結(jié)果如圖所示，由于殼聚糖在布料上的吸附率很低，后整理前后譜圖差別不大，我們采納差譜，可以鑒別棉纖維上的殼聚糖。圖3為棉和后整理后的棉的差譜。和殼聚精的紅外譜圖d的對(duì)比譜圖;圖4為殼聚糖的紅外譜圖d。從圖3中可以瞧到，殼聚糖在1656.25cm-1和1594cm-1兩處的汲取峰分離是由C=O伸縮振動(dòng)與N-H彎曲振動(dòng)引起的，分離為酰胺I和Ⅱ的特征汲取峰;而在差譜c的汲取曲線上，和殼聚糖的相比，這兩個(gè)汲取峰的位置發(fā)生紅移，特征汲取略有減弱:殼聚糖在1422.72cm-1處為-CH2，彎曲與-CH3變形汲取峰;在差譜c上，這一汲取峰的位置發(fā)生藍(lán)移:殼聚糖在1379.48cm-1處為C-H彎曲與-CH3對(duì)稱變形振動(dòng)汲取峰。在指紋區(qū)中897.16cm-1處為C-O伸縮振動(dòng)的強(qiáng)汲取峰，在差譜c上，這兩個(gè)汲取峰的位置發(fā)生紅移，特征汲取略有減弱。這可能是因?yàn)槊藓蜌ぞ厶前l(fā)生化學(xué)交聯(lián)使吸附在棉布料上的殼聚糖中各原子四周的化學(xué)環(huán)境發(fā)生變幻所致。從XPS和紅外光譜測(cè)試的結(jié)果分析:由于殼聚糖和纖維素都含有大量的羥基，殼聚糖中C2上的氨基又很生動(dòng)，所以在本試驗(yàn)的后整理工藝過(guò)程中，殼聚糖和纖維素可能會(huì)形成氫鍵，并發(fā)生肯定程度的化學(xué)交聯(lián)，使氮元素固定在布料上。棉布料和殼聚糖可能發(fā)生了化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，從紅外譜圖的分析可以進(jìn)一步說(shuō)明，棉布料和殼聚糖實(shí)在發(fā)生了化學(xué)交聯(lián)。

　　2·4脫乙酰度對(duì)殼聚糖抑菌性能的影響
　　在本試驗(yàn)中我們制備了三種分子量相似但脫乙酰度不同的殼聚糖，分離為1#96.65%、2#89.68%、3#85.64%。我們把用1#，3#殼聚糖后整理過(guò)的面料作為一組，進(jìn)行抑菌測(cè)試，以考察在分子量相同脫乙酰度不同的條件下，殼聚糖抑菌效果的差異。

　　圖51#～3#后整理棉面料的抑菌效果
　　由圖5所示，不同脫乙酰度的殼聚糖后整理過(guò)的棉布料具有不同的抑菌效果，其變幻趨勢(shì)是:隨脫乙酰度的增添，殼聚糖的抑菌性能也顯著增添。其中1#殼聚糖的脫乙酰度高(96.65%)，抑菌效果也強(qiáng)，對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率達(dá)83%，對(duì)大腸桿菌與白色念珠菌的抑菌率也在70%以上，具有明顯的抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的作用。這說(shuō)明在殼聚糖濃度相同的情況下，高脫乙酰度的殼聚糖結(jié)合在面料上的有效氨基數(shù)量增添，其抑菌效果也增強(qiáng)。從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)瞧，游離氨基的存在，即脫乙酰度的高低對(duì)殼聚糖的抑菌效果有重要影響。殼聚糖的脫乙?；^(guò)程，是其分子鏈上-NHCOCH3逐漸被-NH2取代的過(guò)程。在酸性條件下，-NH2易和H+結(jié)合形成-NH3+正電離子，隨著殼聚糖脫乙酰化度的增大，其分子鏈上的正電荷-NH3+也增多，對(duì)于細(xì)菌(帶有負(fù)電荷)的靜電引力增強(qiáng)，更多的細(xì)菌被絮凝、聚沉，其生長(zhǎng)生殖也隨之減弱，即表現(xiàn)為殼聚糖的抑菌性隨其脫乙酰度的增大而增強(qiáng)。
　　2·5分子量對(duì)殼聚糖抑菌性能的影響
　　選擇了分子量相差較大的幾種殼聚糖，分離為4#18.1萬(wàn)、5#6萬(wàn)、6#1700作為一組，進(jìn)行抑菌實(shí)驗(yàn)，考察殼聚糖的分子量對(duì)其抑菌性能的影響。
　　由圖6可見(jiàn)，經(jīng)不同分子量殼聚糖后整理過(guò)的棉布料，也具有不同的抑菌效果，基本是隨分子量的降低而增添，其中6#甲殼低聚糖(分子量1700)抑菌效果明顯，其對(duì)金黃色葡萄球菌與大腸桿菌的抑菌率有顯著增添，對(duì)白色念珠菌的抑菌率反而降低，這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)報(bào)道的日本S.Tokurn等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符[10]。

　　圖64#～6#后整理布料抑菌效果
　　分析抑菌實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，我們的結(jié)論是:分子量對(duì)殼聚糖的抑菌性能也有重要的影響，而較低分子量的殼聚糖(甲殼低聚糖)和高分子量的殼聚糖在抑菌機(jī)理上可能存在著肯定的差異。
　　3結(jié)論
　　3·1XPS路測(cè)試與傅里葉變換紅外光譜測(cè)試表明，殼聚糖在對(duì)棉面料的抑菌后整理中可能和棉面料中的纖維素形成氫鍵結(jié)合，并發(fā)生肯定程度的化學(xué)交聯(lián)。
　　3·2殼聚糖的抑菌性普通隨分子量的降低而增添;隨脫乙酰度的增大而增添。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]柴平海等。甲殼素/殼聚糖開(kāi)辟與研究的新動(dòng)向?；瘜W(xué)通報(bào)，l999，(7);8-11。
　　[2]AllanCA，dnigerL.A.ExpMycop，l979:3285
　　[3]MuzzarelliR.JeuaisauxC.GoodayC.W.ChitinNatureandTechnology,NewYork;plenumpress,1985:235
　　[4]微生物學(xué)，北京:高等教育出版社，1994
　　[5]鄒淑敏等。抑菌后整理布料的改良Quinn測(cè)試法。印染，1994.20(7):33-35
　　[6]范秀容等。微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)。北京:高等教育出版社，1994。