CN115029930A - 生物可降解的PLLA/Ag/Cu2+复合膜及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物可降解的PLLA/Ag/Cu²⁺复合膜及其制备方法和应用。该PLLA/Ag/Cu²⁺复合膜是先将PLLA溶解在六氟异丙醇中，再将PLLA溶液纺织成无纺布膜；然后将膜浸泡氢氧化钠溶液中进行碱处理；之后将膜浸泡在多巴胺溶液中，DA自聚形成聚多巴胺，附着在膜表面，形成PDA/PLLA复合膜；再将PLLA/PDA复合膜浸泡在Ag⁺、Cu²⁺等浓度制成的混合液中，将二者负载在复合膜上。Ag和Cu成功负载到了膜上，它们在纤维上分布比较均匀。本发明制备得到的PLLA/Ag/Cu²⁺复合膜可作为口罩基材。

Description

生物可降解的PLLA/Ag/Cu2+复合膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，特别涉及一种生物可降解的PLLA/Ag/Cu²⁺复合膜及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，国内外的学者对口罩投入大量的研究，在防止雾霾方面和防止空气中的细菌、病毒方面进行了深入研究，特别是新冠病毒爆发以来。

目前，李莎等人以活性炭为载体，通过紫外还原Ag⁺法在活性炭上成功负载Ag-NPs，选择由里向外分别为活性炭布、针刺静电棉和PP熔喷非织造布的次序制成滤片，载Ag活性炭经多次洗涤后并不会造成Ag-NPs的大量脱落，为口罩附上抗菌消毒和多次使用的功能。

张海军等人以天然秸秆为原料来提取、制备可降解纤维素，通过静电纺丝或者熔喷的方式制取长纤维做基质、短纤维交叉填充的无纺布。外层接枝NaCl或ZnCl₂微晶粒静电处理的中层(单层或多层)，吸附、拦截、杀死细菌、病毒等。

这两种类型的口罩能减少废弃口罩对环境的污染以及为口罩增添了对细菌和病毒的灭活功能，对于疫情的防治和将来的应用具有可观的前景。

聚乳酸(PLA)是研究最早、技术最成熟、应用最多的一种人工合成的生物可降解型高分子材料，因其生物降解性、生物相容性和加工性能出色被广泛关注。PLLA还具备良好的成丝性，能够制备纳米纤维，是优良的无纺布基材。

抗菌、抗病毒剂分为有机(如抗生素)、天然(某些具有杀菌功效的植物提取物)和无机(如金属)三种类型。过量使用和抗生素耐药性的迅速增加使得有机剂难以得到重用；而天然剂因其来源有限和提取成本较高而难以被广泛应用；无机剂主要是金属类，由于金属抗菌菌、抗病毒性能优良、种类广、不产生耐药性的特点而受到人们的青睐，并成为目前研究的主要方向。大多数过渡金属元素对微生物都有一定的抑制或杀灭作用，它们的抗菌性能由强到弱大致可以排列为：Ag、Hg、Cu、Cd、Cr、Ni、Pb、Co、Au、Zn、Fe、Mn、Mo、Sn其中部分元素具有细胞毒性或较差的稳定性，Ag、Cu、Zn三种元素较为理想。

然而，如何在纳米纤维上实现Ag、Cu²⁺的稳定吸附，是制备复合膜的关键，这是复合膜具备长期杀菌杀病毒能力的有力保障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提出一种生物可降解的PLLA/Ag/Cu²⁺复合膜及其制备方法和应用。本发明基于金属银、铜自身特有的抗菌抗病毒能力、聚左旋乳酸的生物可降解能力以及多巴胺的黏附性和生物可降解性，制备出具有抗菌/抗病毒银－铜复合材料，并进一步开发负载银、铜的复合膜，从而利用其制造抗菌/抗病毒且可生物降解的口罩，降低治病微生物二次传播的风险和减少废弃口罩对环境的污染，具有重要的临床意义和长远的社会效益。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种生物可降解的PLLA/Ag/Cu²⁺复合膜，其采用如下方法制备得到：

1)制备PLLA电纺前驱液

将聚L-乳酸(PLLA)溶解在六氟异丙醇(HFIP)中得到PLLA溶液；

2)静电纺丝

利用静电纺丝的方法将PLLA溶液纺织成无纺布膜，干燥待用；

3)制备PLLA/PDA膜

将无纺布膜浸泡氢氧化钠(NaOH)溶液中进行碱处理；之后将膜浸泡在多巴胺(DA)溶液中，DA自聚形成聚多巴胺(PDA)，附着在膜表面，形成PLLA/PDA膜；

4)制备PLLA/Ag/Cu²⁺复合膜

将PLLA/PDA复合膜浸泡在Ag⁺、Cu²⁺等浓度制成的混合液中，将二者负载在复合膜上，最终制得PLLA/Ag/Cu²⁺复合膜。其中，AgNO₃溶液CuSO₄溶液分别提供Ag⁺、Cu²⁺离子。

步骤1)中，PLLA溶液中聚L-乳酸的质量体积浓度为8-12wt％，优选为12wt％。

步骤2)中，电纺丝针头的规格为20G，注射泵的推进速率为1-1.5mL/h，优选为1.2mL/h，针头与接收板的距离为10-13cm，优选为13cm，电压为8.0-10kV，优选为8.0kV。

用SEM和EDS测试样品表面形貌和元素种类，并测试样品的水接触角、降解性和人工汗液性能。Ag和Cu成功负载到了膜上，它们在纤维上分布比较均匀；碱处理改变了纤维表面的形貌，PDA脱落的问题得到了解决；膜具有一定的疏水性；在不同的降解环境中，样品受到不同程度的降解；在人工汗液测试中纤维出现起泡现象，但是未发现开裂和剥离的情况。结论：制备得到综合性能较好的PLLA/Ag/Cu²⁺口罩基材。本发明可为制备抗菌抗病毒复合膜用于口罩基材提供参考，比如口罩的外层、中间层等非接触皮肤的结构层。

需要特别说明的是，本发明中，Ag⁺和Cu²⁺两种离子成功负载到了纤维上，在膜的降解过程中，Ag⁺和Cu²⁺两种离子仍能够保留在纤维上一段时间，所以日常使用过程中的自然降解可能不会对膜上的Ag-NPs和Cu²⁺的脱落造成很大的影响，能够保证口罩长时间的使用中仍具有效的抗菌抗病毒，也能起到防止因为废弃口罩未能及时准确的处理而造成细菌病毒的二次传播。

附图说明

图1为接触角模型图；

图2为扫描电镜下不同倍数下样品的SEM照片；图中，A1～E1为10000倍下的照片，F1为20000倍下的照片；A2～F2为5000倍下的照片，A3～F3为3000倍下的照片；

图3为各样品纤维平均直径柱状图；图中均为A组样品与其它样品比较，*表示P值＜0.05，**表示P值＜0.01。

图4为D组纤维的EDS照片；

图5为E组纤维的EDS照片；

图6为F组纤维的EDS照片；

图7为各组样品的水接触角照片；

图8为各组样品的水接触角柱状图；图中均为A组样品与其它样品比较，*表示P值＜0.05，**表示P值＜0.01；

图9为各组样品在土壤降解30天后的SEM照片；A1～F1为10000倍下的照片；A2～F2为5000倍下的照片，A3～F3为3000倍下的照片；

图10为各组样品在土壤降解30天后的纤维平均直径；图中均为A组样品与其它样品比较，*表示P值＜0.05，**表示P值＜0.01；

图11为D组样品在土壤降解30天后的SEM照片；

图12为E组样品在土壤降解30天后的SEM照片；

图13为F组样品在土壤降解30天后的SEM照片；

图14为各组样品在PBS缓冲液里降解30天后的SEM照片；A1～F1为10000倍下的照片，A2～F2为5000倍下的照片，A3～F3为3000倍下的照片；

图15为各组样品在PBS缓冲液里降解30天后的纤维平均直径；图中均为A组样品与其它样品比较，*表示P值＜0.05，**表示P值＜0.01；

图16为A组和B组原样品与对应组在不同环境中降解的样品对比图；图中均为对应组的原样品与其在不同环境中降解的样品比较，*表示P值＜0.05，**表示P值＜0.01,ns表示无明显差别；

图17为C组和D组原样品与对应组在不同环境中降解的样品对比图；图中均为对应组的原样品与其在不同环境中降解的样品比较，*表示P值＜0.05，**表示P值＜0.01,ns表示无明显差别；

图18为E组和F组原样品与对应组在不同环境中降解的样品对比图；图中均为对应组的原样品与其在不同环境中降解的样品比较，*表示P值＜0.05，**表示P值＜0.01,ns表示无明显差别；

图19为各组样品在人工汗液测试前后的照片。

具体实施方式

为让本领域的技术人员更加清晰直观的了解本发明，下面将结合附图，对本发明作进一步的说明。

试验内容

1材料、试剂和仪器

本实验过程中所使用的材料、试剂和仪器见表1和表2：

表1实验试剂

表2实验仪器与材料

1.2 PLLA纤维的制备

1.2.1 PLLA电纺前驱液的制备

使用电子天平称取1.2gPLLA并放入蓝口瓶中，然后在通风橱内用移液枪吸取10ml的六氟异丙醇并注射到装有PLLA的蓝口瓶内，放入药丸形大小适合的搅拌子，拧上瓶盖并在瓶盖周围贴好封口膜(防止六氟异丙醇在搅拌过程中挥发)。在多点搅拌器上以1200rpm的速度在室温下搅拌12h，配制得到无色透明并带有一定粘度的12wt％(质量/体积)的PLLA电纺前驱液。

1.2.2 PLLA的静电纺丝

用铝箔平整包裹在15×15cm的塑料板上作为接收板备用，用注射器抽取1.6mL12wt％的PLLA电纺前驱液，用20G的针头，将注射器固定在注射泵上，针头与接收板距离为13cm，注射泵的注射速度调节为1.2mL/h，将高压电源的线连接到针头的上半部分后将电源电压设置为8.0kV，开始静电纺丝，最终得到白色的PLLA膜。(实验过程中可以利用载玻片在针头下面来回划动，再用生物显微镜观察载玻片上是否有纤维产生，纤维达到一定量时肉眼能观察到白色的丝。)将得到的PLLA膜放在干燥箱内干燥12h后，将膜装入封口袋中放在干燥箱内备用。

1.3 PLLA/PDA复合膜的制备

NaOH溶液的制备：用电子天平称取0.1g NaOH后倒入烧杯中，先用少量的水溶解，待溶液冷却到室温后转移到250mL的容量瓶中，用蒸馏水润洗烧杯3次后将水一并转入容量瓶内，定容完毕后得到0.01mol/L的NaOH溶液250mL，将其倒入试剂瓶中备用。(用玻璃仪器溶解NaOH可能还会导致Na₂O·SiO₂的出现并黏附在膜上面，影响检测结果，可以将定量的NaOH直接在试管内溶解后处理PLLA膜。)

称取3.94g的三羟甲基氨基甲烷(Tris)于烧杯，加入少量水搅拌溶解后，转移到250mL的容量瓶内，烧杯用蒸馏水冲洗3次后将水一并转入容量瓶内，定容完毕后得到0.01mol/L的Tris溶液250mL，将其倒入试剂瓶中备用；同理，称取3.0285g三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(Tris-HCl)，重复上述步骤制备得到0.01mol/L的Tris-HCl溶液250mL。

PBS缓冲液的制备：用电子天平称取2.9995g的无水磷酸二氢钠(NaH₂PO₄)后倒入烧杯中，用少量水溶解后转移得到250mL的容量瓶中，用蒸馏水润洗烧杯3次后将水一并转入容量瓶，定容完毕后得到0.01mol/L的NaH₂PO₄溶液，备用；同理，称取3.549g的无水磷酸氢二钠(Na₂HPO₄)，制备得到0.01mol/L的Na₂HPO₄溶液。

把pH计用纯水冲洗擦干后进行酸性、中性和碱性校准，之后用纯水冲洗干净；将NaH₂PO₄溶液和Na₂HPO₄溶液按照一定比例混合，用pH计测得混合均匀后的溶液pH为7.4，得到PBS缓冲液，放在试剂瓶中，备用。把pH计用纯水冲洗干净。

将Tris和Tris-HCl溶液按照一定比例混合，用pH计测得混合均匀后的溶液pH为8.5，得到Tris-HCl缓冲液，装入溶剂瓶中备用。

用电子天平称取0.0625g多巴胺(DA)于烧杯中，用少量Tris-HCl缓冲液溶解后转移到250mL容量瓶中，烧杯用Tris-HCl缓冲液冲洗3次后一并转入容量瓶，定容完毕后得到DA溶液。溶液很快变成棕色，过一段时间变成灰褐色，最终变为黑色，所以需要现配现用。

将PLLA膜裁剪为面积为1.5×1.5cm大小，(根据实验的需要选择裁剪的面积以及处理膜的容器)分别用镊子放入50mL的离心管中，再分别向管内倒入20mL的NaOH溶液，拧上盖子后摇晃离心管让膜浸润在溶液里，在室温下静置2h后取出用纯水洗净，之后将洗净后的PLLA膜放入冰箱预冷，冷冻后放入真空冷冻干燥机冻干，得到经过NaOH处理过的PLLA膜；将处理过的膜分别放入干净的离心管内，向管内倒入20mL DA溶液，拧上盖子后摇晃离心管让膜充分与溶液接触，PDA附着的方法1：之后放在室温下静置12h，DA在有氧的环境中发生自聚生成聚多巴胺(PDA)粘附在膜表面，时间达到12h后取出膜，(PDA附着的方法2：超声波清洗机参数设置为：温度20℃，时间60min，频率40kHz。将试管放入清洗机里，启动清洗机，60min后超声停止，试管继续在清洗里放着，静置5h后取出来。)先用PBS缓冲液冲洗膜表面洗去多余的PDA，然后再用纯水反复冲洗膜表面3次以上，洗净表面的PBS缓冲液，再将洗干净的膜放入冰箱中等水分结冰后放入真空冷冻冻干箱内，冻干24h后得到PLLA/PDA膜。

1.4 PLLA/Ag/Cu²⁺复合膜的制备

用AgNO₃制备0.0125mol/L的AgNO₃溶液，将制备好的PLLA/PDA膜分别放入50mL的离心管管中并倒入20mL的AgNO₃溶液，拧上盖子后将离心管放到避光环境，在室温下静置6h(避光是为了防止AgNO₃光照分解)，然后取出，用纯水冲洗3次以上后放入冰箱预冷，冰冻后放入真空冷冻干燥箱内干燥24h，将样品分别放入密封袋内得到多个PLLA/PDA/Ag复合膜；同理，制备0.0125mol/L CuSO₄溶液、0.0125mol/L AgNO₃+0.0125mol/L CuSO₄混合溶液和纯水中，然后以相同的方式制备得到PLLA/PDA/Cu、PLLA/PDA/Ag/Cu和PLLA/PDA膜。

把干燥后的PLLA膜标记为A；干燥后NaOH处理过的PLLA膜标记为B，碱处理后的PLLA/PDA膜标记为C，PLLA/Ag膜标记为D，PLLA/Cu²⁺膜标记为E，PLLA/Ag/Cu²⁺膜标记为F，共6组样品。如表3所示：

表3实验分组详情

1.5 SEM和EDS表征

将上述得到的A～F号六组样品用电导胶固定到载物台上，喷晶90s后，放到场发电子扫描显微镜(Field emission scanning electron microscope,FE-SEM)进行观察其表面形貌，参考电压15.0kV，工作距离WD 7.6mm。并在表面能谱仪能谱仪(Energy DispersiveSpectrometer,EDS)的配合下，对样品进行元素分析。

1.6接触角检测

通过接触角来表征各样品的亲水性。在静态条件下，以纯水为测试液，于样品表面滴加测试液滴，A～F号每个样品选取3个不同的位置滴加并拍照记录，测量液滴的接触角，取平均值。水的接触角β越大，说明亲水性越差，如图1所示。

1.7降解性测试

1.7.1模拟在土壤环境中测试样品的降解性

在草地里挖取土壤，拨开表面的泥土，向下挖取深度约2cm的泥土，将其放入量程为250mL的烧杯中并用水浸湿，将1.5cm×1.5cm的样品称重并做好记录，之后放入泥土里，再用其余的泥土充分覆盖。将体系放置在室温下，在第15天的时候取出样品，将其表面的泥土冲洗干净之后，进行冷冻干燥再称量样品的重量，并做好记录；将样品放回土壤里，在第30天的时候取出，重复上述操作。按重量的损失作为降解率的指标。

1.7.2在PBS缓冲液的降解率测试

在六个离心管中分别倒入pH＝7.4的PBS缓冲液20mL，将1.5cm×1.5cm的样品称重并做好记录后分别放入试管中，摇晃试管使样品与溶液充分接触后，室温下在空气中静置15天，取出样品并用纯水洗净，将样品冻干后称重并做好记录；将称重完样品放回试管中，在第30天取出样品，重复上述操作。

1.7.3耐人工汗液测试

参考标准GMW 14296的要求，需将样品与介质及人工汗液接触，以考查样品的性能，具体如下：在500mL烧杯中，加入以下物质：冰醋酸25g，氯化钠25g，正丁酸15g，异戊酸15g，去离子水420g，让所有组分充分溶解搅拌均匀，在通风橱内静置24h。(人工汗液具有极强挥发性的臭味。)将样品裁成5cm²，将样品放在两片白棉布之间，再用人工汗液浸透白棉布，每隔15min±2min补充一次人工汗液，重复10次，保证连续测试150min以上，移除白棉布，观察表面有无起泡、裂痕、剥离、颜色的变化情况。

2结果

2.1 SEM和EDS分析

2.1.1 SEM表征结果

在扫描电镜下观察6组样品，表面特征如图2所示。在一定倍数下的随机选取100根纤维测量直径，统计得到各组纤维的平均直径，如图3所示。

A为PLLA膜，在三种倍数下观察，其纤维表面光滑且纤维直径均匀，纤维间存在间隙可供气体透过，选取表面纤维测量纤维直径，经统计纤维平均直径为1.058±0.158μm；

B为用NaOH处理过的PLLA膜，同理观察，纤维表面出现小凹槽且分布比较均匀，纤维被碱解变细，少数纤维变成丝状，纤维表面还存在少数即将脱离纤维的物质，纤维直径为0.780±0.168μm；

C为PLLA-PDA膜，其纤维表面变得相对光滑，存在极少量的颗粒，纤维间被少量物质；其直径为1.106±0.156μm；

D为PLLA/PDA/Ag膜，其纤维表面存在大量的细小颗粒还有少量的大颗粒，小颗粒比较均匀地覆盖在纤维表面，纤维间的片状物上也覆盖着小颗粒，其纤维直径为1.307±0.134μm，颗粒的平均面积为0.030μm²，最大为0.119μm²，最小为0.003μm²；

E为PLLA/PDA/Cu²⁺膜，其表面形貌与纤维相似，纤维表面覆盖着少量颗粒，纤维间也有物质覆盖，其纤维直径为1.201±0.176μm；

F为PLLA/PDA/Ag/Cu²⁺膜，其形貌类似于D，存在大量小颗粒和少量的大颗粒，但是米粒状的小颗粒变多，纤维间的物质上也覆盖着颗粒，其直径为1.258±0.405μm，颗粒平均面积为0.012μm²，最大为0.038μm²，最小为0.002μm²；

将得到的图片和数据进行对比。样品A与B相比，经过碱处理之后，纤维直径明显变小，且纤维表面变得粗糙，部分纤维因为处理过度变得很细，纤维间空隙变大。

将样品C与B进行对比，C纤维变得光滑，纤维直径变大，存在少量颗粒，可能是PDA覆盖在了纤维的表面，出现颗粒可能是由于PDA堆叠导致；

将C与D～F进行比较，D和F出现了大量的颗粒，这可能是由于PDA的存在Ag⁺被还原成Ag-NPs，与PDA形成非共价键粘附在其上面。

而C与E之间存在的差别并不明显，可能是Cu²⁺没有被PDA还原而是与PDA发生了螯合。

D与F比较发现F上有米粒状的物体，可能是Ag⁺还原时受到了Cu²⁺的影响而形态发生变化，或者有可能是被还原的Cu。

2.1.2EDS结果

将D～F组样品用EDS进行元素检测，检测结果如图4～图6所示。D组中存在有Ag元素，证明了纤维上面成功负载了Ag；E组中存在Cu元素，证明了纤维上面成功负载了Cu；F组中同时检测出了Ag、Cu两种元素，证明了Ag、Cu成功负载到了纤维上面。元素的质量百分比列于表4中，可见Ag和Cu在纤维上负载量是相对较少的。

表4各组样品元素组成

对D～F组样品的元素分布进行Mapping扫描，D组的Ag是均匀地分布在纤维表面，部分地方有集中比较多的Ag元素，可能是由于堆叠的PDA所导致，纤维上面附着的不均匀的细小颗粒是Ag-NPs；E组的Cu比较均匀的分布在纤维上面，但是从SEM未能明显的看到有颗粒状的物体对应扫描图上的荧光点，说明Cu²⁺并未被还原成Cu或者Cu-NPs，而是以其他的形式负载在纤维上面，与Ag不同；F组中Ag和Cu元素存在沿着纤维均匀分布但是Cu元素会比Ag元素分布得多些。

2.2水接触角测试结果

对6组样品的进行水接触角测试，每组样品取3个测试点，测试过程以图片的形式记录，如图7所示，将得到的照片用软件测量出每个接触角的角度，算出其平均值，具体测试数据如表5所示，柱状图如图8所示；

表5各样品水接触角

数值表明，A组的水接触角最大，当只有PLLA纤维时，膜的疏水性最强；B组的水接触角相较于A组变小了，说明碱处理能够改善膜的亲水性；由C组可以得到水接触角进一步减小，膜的亲水性增强；D组的水接触角最小，亲水性最强，说明Ag的负载能够增强膜的亲水性；E组水接触角比D组大，比C组小，说明Cu也能够增强膜的亲水性但是没有Ag好；F组的水接触角会稍微比C组大，说明当同时负载Ag和Cu两种金属时并不能进一步的改善亲水性，甚至可能会让膜变得疏水；

水接触角测试表明，NaOH处理过的PLLA膜会被赋予羟基且PLLA表面会变得粗糙从而增强了PLLA的亲水性；由于PDA还有大量的羟基和氨基，其被负载到PLLA上时能够增强PLLA亲水性；在PLLA上负载Ag-NPs或Cu²⁺也会增强膜表面的亲水性，且Ag-NPs的效果会比Cu²⁺好，推测可能是Ag-NPs会释放Ag⁺，加强了亲水性；但当Ag-NPs和Cu²⁺同时被负载膜表面时，它们的亲水性未能够叠加甚至会增强膜的疏水性。

2.3降解测试结果

2.3.1在土壤环境中测试样品的降解性

测试面积相同的6组样品，以15天、30天为节点，称量样品降解前后的质量变化情况，具体结果如表6所示。不同组的样品的降解情况存在差异，且样品处理过程中，由于部分杂质未能够完全去除，导致称量结果会稍微大于实际值。

表6各组样品在土壤降解15天、30天的质量

由表6可得，所有样品的最终降解质量在0.5～0.1mg之间，在一定程度上符合预期目标。负载金属的PLLA膜的降解情况相较于其他的会比较差，猜测可能是由于Ag-NPs和Cu²⁺的抗菌性能抑制了微生物的降解。

将降解30天后的样品进行SEM和EDS表征。用SEM观察经过30天降解后纤维的变化情况，结果如图9所示。在一定倍数下的随机选取100根纤维测量直径，统计得到各组纤维的平均直径，如图10所示。

A组样品直径为0.824±0.132μm，纤维变细空隙变大，有纤维变得很细，纤维上有物质脱落的地方，应该是被水解的PLLA从纤维上脱落，纤维之间有杂质存在，是未能完全去除的土壤中的杂质；

B组样品直径为0.501±0.132μm，纤维变细空隙变大，变成丝状的纤维会比A组样品多许多；

C组样品直径为0.764±0.138μm，纤维变细空隙变大，PDA发生脱落，暴露出了碱处理后PLLA纤维的样貌，由PDA包裹的纤维降解情况比较一般，可能是因为PLLA被PDA包裹住了未能先被降解；

D组样品直径为0.861±0.153μm，纤维变细空隙变大，还能观察到残留在纤维上的PDA和Ag-NPs颗粒，PDA的保留情况比C组的好些，可能是由于Ag-NPs的存在，纤维直径比C组稍微大些；

E组样品直径为0.921±0.160μm纤维变细空隙变大，相较于C组纤维直径大些；

F组样品直径为0.804±0.185μm，纤维变细空隙变大，相较于D组，未能见到Ag-NPs颗粒。

从EDS得到的数据如图11～图13所示，各元素的含量如表7所示。C组样品中出现了其他的元素且种类很多，应该是土壤中所带有的元素，Ag元素也能够检测到，证明降解30天后Ag依旧能够保留在纤维上面；D组样品中同样由于存在土壤多了许多其他元素，但是依旧能够检测到Cu元素的存在，证明了降解30天后Cu依旧能够停留于纤维上面；F组样品中也因为土壤的存在而检测出其他的元素，且依旧能够检测出Ag元素和Cu元素，但是含量变得很少。证明降解过程中Ag和Cu具有一定的保留能力。

表7各组样品在土壤降解后部分元素的含量

再对样品进行Mapping扫描，结果D组样品依旧能够看到Ag，且分布均匀；E组样品依旧能见到Cu，且分布均匀；F组中只能够看到Ag，Cu可能含量较少扫描过程中受到其他元素干扰以至于扫描不出来。

2.3.2 PBS降解性能测试

测试面积相同的6组样品，以15天、30天为节点，称量样品降解前后的质量变化情况，具体结果如表8所示。因为是在PBS缓冲液中降解，所以不会像土壤降解出现一些清洗不干净的杂质，得到的结果相对准确。

表8各组样品在PBS缓冲溶液中降解15天、30天的质量变化

由表8可以看出，在PBS缓冲溶液中样品降解的质量分布在0.1～0.6mg之间，在一定程度上符合预期结果。其中E组样品降解程度最好。

将降解30天的样品放在扫描电镜下观察，结果如图14所示。在一定倍数下的随机选取100根纤维测量直径，统计得到各组纤维的平均直径，如图15所示。

A组样品纤维上有PLLA脱落的，纤维表面变得粗糙，纤维直径为1.003±0.192μm；

B组样品纤维粗细不均，纤维表面比较光滑，细小的纤维较多，直径为0.620±0.273μm；

C组样品中纤维表面的PDA发生脱落，部分纤维可能未被水解，还是碱处理过后的那种粗糙的状态，纤维直径为1.006±0.231μm，部分纤维出现断裂的情况；

D组样品带有Ag－NPs颗粒的部分变少许多，有大颗粒在纤维上面，纤维的直径为1.006±0.195μm；

E组样品纤维上出现比较多大颗粒，未能见到由于PDA脱落而暴露出内部粗糙纤维的情况，纤维直径为0.991±0.172μm；

F组样品中未能像D组中观察到Ag－NPs小颗粒，PDA脱落严重，能观察到内部粗糙纤维，纤维直径为1.089±0.153μm。

将得到的两种降解环境的数据与降解前的进行比较如图16～图18所示。

土壤降解的各组样品和PBS降解的各组纤维平均直径比未降解前对应的各组纤维直径有所减少，证明了样品在土壤中和PBS溶液中均发生了降解，纤维表面形态的变化也可证明这点；但是相较于土壤降解的样品，PBS降解的样品纤维的平均直径要更大些，说明在PBS溶液中降解效果没有在土壤中的好，可能是由于土壤中微生物的影响。

2.4耐人工汗液测试结果

参考标准操作后，对比测试前后的照片，得出结果，测试前后各组的照片如图19所示；A组样品测试后出现少量的起泡现象，没有出现开裂或剥离的情况；B组样品的起泡现象比A组少，没有出现开裂或剥离的情况；C～E组样品在测试后出现了较为严重的起泡，但未出现开裂或剥离的情况；F组样品起泡现象没有C～E组样品严重，未出现开裂或剥离的情况。

3结论

本实验成功利用NaOH优化了PLLA膜的亲水性和PDA对PLLA膜的附着能力，水接触角测试证明了膜具有良好的润湿性能，并成功将Ag⁺和Cu²⁺两种离子负载到了纤维上，在降解过程中，它们仍能够保留在纤维上一段时间，所以日常使用过程中的自然降解可能不会对膜上的Ag-NPs和Cu²⁺的脱落造成很大的影响，能够保证口罩长时间的使用中仍具有效的抗菌抗病毒，也能起到防止因为废弃口罩未能及时准确的处理而造成细菌病毒的二次传播，同时降解测试也证明了材料的可生物降解性，能够为减少废弃口罩对环境的污染；但是耐汗液性能还有改进的空间。本实验证明了这种口罩基材的可行性。

该研究可为后续生物可降解的、可抗菌、抗病毒的口罩基材实验提供了参考依据。特别是废弃口罩没有及时得到处理时，其依旧具有有效的抗菌抗病毒能力，可有效防止细菌病毒的二次传播。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物可降解的PLLA/Ag/Cu²⁺复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)制备PLLA电纺前驱液

将聚L-乳酸溶解在六氟异丙醇中得到PLLA溶液；

2)静电纺丝

利用静电纺丝的方法将PLLA溶液纺织成无纺布膜，干燥待用；

3)制备PLLA/PDA复合膜

将无纺布膜浸泡氢氧化钠溶液中进行碱处理；之后将膜浸泡在多巴胺溶液中，多巴胺自聚形成聚多巴胺并附着在膜表面，形成PLLA/PDA膜；

4)制备PLLA/Ag/Cu²⁺复合膜

将PLLA/PDA复合膜浸泡在Ag⁺、Cu²⁺等浓度制成的混合液中，将二者负载在复合膜上，最终制得PLLA/Ag/Cu²⁺复合膜。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，PLLA溶液中聚L-乳酸的质量体积浓度为8-12wt％。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，电纺丝针头的规格为20G，注射泵的推进速率为1-1.5mL/h，针头与接收板的距离为10-13cm，电压为8.0-10kV。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，多巴胺溶液为多巴胺在Tris-HCl缓冲液中溶解得到。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，多巴胺溶液配制过程为：先将0.01mol/L的Tris溶液和0.01mol/L的Tris-HCl溶液混合，用pH计测得混合均匀后的溶液pH为8.5，得到Tris-HCl缓冲液；然后用0.0625g多巴胺于烧杯中，用少量Tris-HCl缓冲液溶解后转移到250mL容量瓶中，烧杯用Tris-HCl缓冲液冲洗3次后一并转入容量瓶，定容完毕后得到多巴胺溶液。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，NaOH溶液浓度为0.01mol/L。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，含Ag⁺、Cu²⁺的混合液为AgNO₃+CuSO₄的混合溶液，Ag⁺、Cu²⁺的浓度优选为0.0125mol/L。

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的PLLA/Ag/Cu²⁺复合膜。

9.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的PLLA/Ag/Cu²⁺复合膜在口罩生产中作为口罩基材的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，口罩基材包括口罩的外层和/或中间层。

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