王 亞， 黃菁菁， 張如全

(1.武漢紡織大學(xué) 服裝學(xué)院， 湖北 武漢 430073； 2.武漢紡織大學(xué) 紡織纖維及制品教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖北 武漢 430073)

艾蒿油(mug wort oil)是提取自菊科植物艾蒿干燥葉[1]的一種天然抗菌物質(zhì)，具有抗菌譜廣、抗菌活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并有抗炎、止血、降血壓、降血糖、平喘、免疫調(diào)節(jié)等多種藥理作用[2～3]，但艾蒿油味道強(qiáng)烈，存在有效成分不穩(wěn)定、貯藏不易等缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用。使用微膠囊技術(shù)可提高艾蒿油的穩(wěn)定性，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。微膠囊技術(shù)因其優(yōu)異的緩釋保護(hù)和改變物態(tài)的能力，在印染、醫(yī)藥、食品加工、紡織品功能整理等領(lǐng)域得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用[4-6]。利用微膠囊技術(shù)將一些抗菌耐久性差、抗菌譜不夠廣的抗菌劑或抗菌性物質(zhì)包覆起來制成微膠囊抗菌劑，可改善抗菌劑的加工性能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，而后整理技術(shù)和微膠囊技術(shù)的結(jié)合可賦予醫(yī)用防護(hù)材料更好的抗菌效果和保健功能[7]。

目前醫(yī)用防護(hù)材料的抗菌整理所采用的抗菌劑主要包括有機(jī)溶出型抗菌劑、無機(jī)納米銀離子及其化合物和殼聚糖等天然抗菌材料等[7-9]。在實(shí)際應(yīng)用中這些抗菌劑都存在一些缺陷：部分有機(jī)抗菌劑(如季銨鹽等有機(jī)化合物)對皮膚有刺激性，安全性較低，且抗菌耐久性差；無機(jī)金屬類抗菌劑(如銀離子及其化合物)成本較高，抗菌遲效，且這些重金屬離子與人體接觸會被人體吸收，累積在體內(nèi)，對人體造成傷害；天然抗菌劑對光、熱敏感，遇化學(xué)藥品不穩(wěn)定，不易存儲[10]。

基于此，本文采用乳化交聯(lián)法[11]，利用微膠囊技術(shù)將殼聚糖和艾蒿油2種天然抗菌物質(zhì)相結(jié)合[12]，制成兼具艾蒿油抗菌譜廣、抗菌活性強(qiáng)和殼聚糖良好的穩(wěn)定性和無毒級安全性的艾蒿油-殼聚糖抗菌微球，并將其用于醫(yī)用全棉非織造布的抗菌整理，用振動(dòng)燒瓶法測試整理后樣品的抗菌性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

殼聚糖(脫乙酰度≥95%)，化學(xué)純，上海麥克林生物化學(xué)試劑有限公司；艾蒿油，化學(xué)純，吉安博銳香料有限公司；吐溫80，司班80，液體石蠟，化學(xué)純，戊二醛溶液25%，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；全棉水刺非織造布，面密度為18 g/m2，深圳全棉時(shí)代科技有限公司。

VERTEX70型傅里葉紅外光譜儀，布魯克光譜儀器公司；JSE-IT300 A型掃描電子顯微鏡(SEM)，日本電子株式會社；ZEN3600型馬爾文粒度分析儀，英國馬爾文儀器有限公司。

1.2 艾蒿油-殼聚糖微膠囊的制備

采用乳化化學(xué)交聯(lián)法制備艾蒿油-殼聚糖微膠囊：將2 mL的純乙酸溶于98 mL的去離子水中，制成體積分?jǐn)?shù)為2%的乙酸溶液，稱取2 g殼聚糖溶于2%的乙酸溶液(含1%Tween80)，再將艾蒿油-殼聚糖混合溶液加入500 mL圓底燒瓶中，并置于 40 ℃的恒溫油浴鍋中，通過高速機(jī)械攪拌30 min制得初乳；然后將一定質(zhì)量的初乳滴入含有2%Span80的液體石蠟中，其中Span80為乳化劑，置于40 ℃恒溫的油浴鍋中，一定速度下機(jī)械攪拌2 h制得復(fù)乳；取25%戊二醛溶液3 mL緩慢滴入復(fù)乳中，機(jī)械攪拌速度降至500～600 r/min，交聯(lián)固化4 h后得到微膠囊溶液；用石油醚洗去液體石蠟，異丙醇脫水，低速離心機(jī)分離出固態(tài)微膠囊，常溫干燥48 h，研磨制得艾葉油-殼聚糖微膠囊粉末。

1.3 微膠囊性能表征方法

采用掃描電子顯微鏡對微膠囊粉末的微觀形態(tài)放大3 000～5 000倍進(jìn)行觀察，對比不同條件下微膠囊成球形態(tài)和尺寸，確定其主要影響因素并進(jìn)行分析。

使用傅里葉紅外光譜儀分別對艾蒿油、殼聚糖和微膠囊進(jìn)行掃描，對比其特征峰，確定微膠囊主要成分。

用馬爾文粒度分析儀測試微膠囊尺寸和分布范圍，并分析其分布狀態(tài)。

1.4 醫(yī)用非織造布整理工藝

工藝處方：抗菌整理劑(自制艾蒿油-殼聚糖微膠囊)質(zhì)量濃度為20 g/L, 表面活性劑質(zhì)量濃度為2 g/L，2D樹脂質(zhì)量濃度為120 g/L,氯化鎂質(zhì)量濃度為28 g/L。

工藝流程：醫(yī)用全棉非織造布 →浸漬整理液(三浸三軋)→烘干(50 ℃，10 min)。

將待整理織物浸入到整理液中，浴比為1∶20，三浸三軋，軋液率為100%,然后放入溫度為50 ℃的烘箱中，烘焙10 min，即得到后整理織物。

1.5 抗菌性能測試

將整理后的全棉非織造布樣和未經(jīng)過整理的空白布樣，使用金黃色葡萄球菌和大腸桿菌作為測試菌種，按照GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價(jià) 第3部分：振蕩法》測試其抗菌性能。

經(jīng)過抗菌整理的布樣和空白對照樣在錐型燒瓶中與測試菌液振蕩接觸18 h后，比較空白布樣與抗菌布樣振蕩燒瓶中的活菌濃度，按下式計(jì)算抑菌率。

式中：Y為試樣的抑菌率，%；Wt為空白樣即未經(jīng)整理的布樣振蕩接觸18 h后燒瓶內(nèi)的活菌濃度的平均值，CFU/mL；Qt為整理試樣振蕩接觸18 h后燒瓶內(nèi)的活菌濃度的平均值，CFU/mL。

將整理后的布樣，以革蘭氏陽性菌代表菌種金黃色葡萄球菌和革蘭氏陰性菌代表菌種大腸桿菌為實(shí)驗(yàn)測試菌種，使用未經(jīng)過抗菌整理的非織造布作為對比樣，選擇適用于非溶出型纖維制品抗菌性能的振蕩燒瓶法，測試整理后試樣的抗菌性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 微膠囊外觀形貌分析

采用乳化交聯(lián)法制備艾蒿油-殼聚糖微膠囊，初乳與復(fù)乳的體積比為1∶5，復(fù)乳的機(jī)械攪拌速度為800 r/min，交聯(lián)劑體積分?jǐn)?shù)為3%時(shí)，制得微膠囊樣品。在掃描電子顯微鏡下觀察微膠囊的外觀形態(tài)、粒徑大小、分布以及雜質(zhì)情況，結(jié)果如圖1所示?？梢钥闯觯何⒛z囊形態(tài)完整，成球率高，球形度好；粒徑大小較均勻，均在2 μm以下，分散性較好；微膠囊表面光滑。

2.1.1艾蒿油與殼聚糖質(zhì)量比對微膠囊形態(tài)影響

將艾蒿油與殼聚糖的質(zhì)量比分別設(shè)定為2∶1、1∶1和1∶2，復(fù)乳的攪拌速度設(shè)置為800、900 r/min制備微膠囊。采用掃描電子顯微鏡觀察其表面形貌，結(jié)果如圖2所示。通過觀察發(fā)現(xiàn)：在攪拌速度為

圖1 艾蒿油-殼聚糖微膠囊(×3 000)Fig.1 Mug wort oil chitosan microcapsules(×3 000)

800、900 r/min2個(gè)條件下，艾蒿油與殼聚糖的質(zhì)量比為2∶1時(shí)，微膠囊均成球性更好且無黏連，均勻度好；當(dāng)二者質(zhì)量比變?yōu)?∶1，攪拌速度為900 r/min時(shí)微膠囊尺寸變小，但是黏連現(xiàn)象嚴(yán)重，攪拌速度為 800 r/min，碎屑較多，大小不均；當(dāng)艾蒿油與殼聚糖質(zhì)量比為1∶2時(shí)，2種攪拌速度下的微膠囊其碎屑和雜質(zhì)均增多，成球性差。綜上所述，將艾蒿油與殼聚糖的質(zhì)量比設(shè)定為2∶1時(shí)，微膠囊的形態(tài)、尺寸以及均勻度都為最佳。

圖2 不同質(zhì)量比艾蒿油與殼聚糖制得的微膠囊SEM照片(×5 000)Fig.2 SEM images of microcapsules with different ratio of mug wort oil and chitosan(×5 000)

2.1.2水相與油相體積比對微膠囊形態(tài)影響

圖3示出不同水相與油相體積比制得的微膠囊(攪拌速度為800 r/min)?？梢姡寒?dāng)水相與油相即初乳與液體石蠟的體積比為1∶10時(shí)，微膠囊的球體較大，且碎屑較多，成球度差；當(dāng)水相與油相的比例為1∶5時(shí)，球體大小適中，均勻度好，成球度高；當(dāng)繼續(xù)增加水相與油相的體積比到3∶10時(shí)，雖然微膠囊的球體大小均勻，尺寸變得更小，但出現(xiàn)黏連現(xiàn)象，且球體表面粗糙，有碎屑附著。綜上分析，水相與油相的最佳體積比為1∶5。

2.1.3交聯(lián)時(shí)攪拌速度對微膠囊形態(tài)影響

圖4示出不同攪拌速度下制得微膠囊的SEM照片?？梢钥闯觯弘S著復(fù)乳的攪拌速度從500 r/min增加到1 000 r/min，微膠囊的尺寸逐步變?。划?dāng)攪拌速度增加到900 r/min時(shí)，微球由于過小而發(fā)生黏連現(xiàn)象；當(dāng)速度達(dá)到1 000 r/min時(shí)，微膠囊已經(jīng)交聯(lián)成塊狀。經(jīng)分析可知，復(fù)乳的最佳攪拌速度為800 r/min，此時(shí)的微膠囊尺寸為1～2 μm，尺寸較小，均勻度好，且未發(fā)生黏連。

圖3 不同水相與油相體積比制得的微膠囊的SEM照片(×5 000)Fig.3 SEM images of microcapsules with different ratio of water continuous phase and oily outer phase(×5 000)

圖4 不同攪拌速度制得微膠囊的SEM照片(×5 000)Fig.4 SEM images of microcapsules with different stirring speed(×5 000)

2.2 微膠囊粒徑分析

圖5為所制艾蒿油微膠囊粉末的粒徑分布圖?？梢钥吹剑蟛糠治⒛z囊的尺寸都分布在 800～1 800 nm之間，平均粒徑為1 273 nm,其中 1 100 nm左右所占比例最高，并呈正態(tài)分布。艾蒿油微膠囊粒徑分布集中，均勻度好，粒徑控制較好。通過分析比較可知，由馬爾文激光粒度儀測定的微膠囊粒徑略小于掃描電鏡分析結(jié)果，這是由于在掃描電鏡中觀察發(fā)生團(tuán)聚的微膠囊在測試溶劑乙醇的作用下分散，因此馬爾文粒度分析儀的測試結(jié)果較電鏡中觀察的結(jié)果偏小，但更為準(zhǔn)確客觀。

圖5 微膠囊粉末的粒徑分析圖Fig.5 Particle distribution of microcapsule

2.3 微膠囊紅外光譜分析

圖6為艾蒿油、殼聚糖和艾蒿油-殼聚糖微膠囊的紅外光譜曲線圖。如圖中艾蒿油的紅外光譜曲線所示，3 437、2 934 cm-1處為艾蒿油的主要有效成分蒲品烯醇-4與α-萜品烯醇的特征峰，即—OH和—CH的伸縮振動(dòng)吸收峰。由圖6微膠囊紅外光譜曲線可知：3 396 cm-1處氨基伸縮振動(dòng)吸收峰變窄效果明顯，特征峰強(qiáng)度減弱；吸收峰從1 597 cm-1處移到了1 637 cm-1,這表明氨基發(fā)生變化，峰的強(qiáng)度減弱表明殼聚糖中的氨基酸分子參與了化學(xué)反應(yīng)。在1 726、1 346、1 248、1 195 cm-1等處艾蒿油的特征峰不明顯，可能是由于艾蒿油為混合天然物質(zhì)，含量較少,且可能是殼聚糖的酰胺基以及希夫堿的結(jié)構(gòu)特征被掩蓋，因此說明艾蒿油已經(jīng)包裹殼聚糖微膠囊中。

2.4 微膠囊非織造布抗菌性能分析

將最佳優(yōu)化方案條件下制備的抗菌微膠囊用于醫(yī)用非織造布的整理，抗菌測試選用的振蕩燒瓶法，是模擬人體穿衣環(huán)境適于非溶出性抗菌織物的測試方法,抗菌測試所選用的測試菌種分別為革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌代表菌種，以此來驗(yàn)證抗菌織物的抗菌效果及抗菌廣度。

根據(jù)平板上的菌落數(shù)和抑菌率計(jì)算公式，艾蒿油-殼聚糖微膠囊醫(yī)用抗菌非織造布對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率分別為96.66%和98.86%，說明通過艾蒿油-殼聚糖微膠囊整理過的全棉水刺非織造布對測試菌株的抑菌率均達(dá)到95%以上，表明艾蒿油-殼聚糖微膠囊天然抗菌劑可賦予全棉醫(yī)用非織造布良好的抗菌性能。

3 結(jié) 論

1)采用乳化交聯(lián)法制備的蒿蒿油-殼聚糖微膠囊的最佳條件：艾葉油與殼聚糖的質(zhì)量比為2∶1，水相與油相的體積比為1∶5，攪拌速度為800 r/min。

2)實(shí)驗(yàn)制得的微膠囊平均粒徑為1 273 nm，呈正態(tài)分布，均勻度好。

3)經(jīng)過微膠囊整理過的全棉水刺非織造布對測試菌株的抑菌率均達(dá)到95%以上，表明艾蒿油-殼聚糖微膠囊天然抗菌劑可賦予全棉醫(yī)用非織造布良好的抗菌性能。