氧化电解水凝胶的制备及杀菌效果

 朱玉婵，景莉，袁敏，刘毅，赵干，吴祯祯，任占冬

 （武汉轻工大学化学与环境工程学院，湖北武汉430023）

 摘要：利用浸渍法制备了氧化电解水凝胶。结果表明，不同有效氯质量浓度氧化电解水凝胶释放曲线类似，随着浸渍时间的延长，浸渍液中有效氯质量浓度变化呈现2个峰值，分别对应着凝胶表层中氧化电解水快速释放出和凝胶内部的氧化电解水释放。氧化电解水有效氯质量浓度越高，释放出来有效氯的质量浓度越多，达到峰值时间越短。在此基础上，考察了氧化电解水凝胶的杀菌作用，随着杀菌时间的延长，氧化电解水凝胶的杀菌效果不断提高，当杀菌时间为60 min，杀菌效率达到79. 76%；而对照组（普通水凝胶）的杀菌效率仅为23. 01%，提高了近4倍，说明氧化电解水凝胶具有较好的杀菌作用，且明显优于无负载氧化电解水的水凝胶。

 关键词：氧化电解水；水凝胶；有效氯；杀菌

 氧化电解水( Electrolyzed Oxidizing Water，EOW)又名酸性氧化电位水，其含有一定量的有效氯，具有低pH( pH<2.7)和高氧化还原电位( ORP >1 100 mV)，大量实验研究证明，其具有杀菌广谱、迅速、强力、持续等特点。氧化电解水最早应用于医疗行业中，可用于手消毒、内窥镜消毒、病房空气消毒、血液透析机清洗、口腔清洗、口腔溃疡、阴道炎、特异性皮肤炎、擦伤、切伤、压疮、烧伤、术创、坏疽等治疗。另外，氧化电解水在食品安全、农业生产等领域也有着广泛应用。

 水凝胶是一种能够吸收大量水的网状高分子溶胀体，其表面光滑，生物相容性好，在生物和医学领域有着广泛的应用。医用水凝胶可以替代传统敷料，具有迅速降低创面温度，加速创面愈合，可负载药物，缩短治疗周期，容易更换等特点。目前，研究较多的是聚乙烯醇一壳聚糖水凝胶，该水凝胶具有较好的机械性能和溶胀性，并且对大肠杆菌具有较好的抗菌性，这类水凝胶在皮肤修复敷料方面的应用也同样受到国内外研究者的广泛关注。笔者将氧化电解水高效杀菌作用与医用水凝胶相结合，制备富含氧化电解水的水凝胶，使其既具有氧化电解水高效的杀菌作用，也具有水凝胶本身良好的生物相容性。利用浸渍法制备了氧化电解水凝胶，并考察了其释放有效氯的效果和对大肠杆菌的杀菌活性。

1材料与方法

1.1试剂与材料

 聚乙烯醇（PVA -124）、壳聚糖、戊二醛(5%)、冰醋酸、丙三醇、氯化钠、氯化钾、重铬酸钾、铬酸钾、碘化钾、盐酸、3，3，5，5-四甲基联苯胺、硫代硫酸钠、酵母浸膏粉、蛋白胨、琼脂粉，以上试剂均为分析纯。

1.2氧化电解水的制备

  在自制离子膜电解槽中进行氧化电解水的制备，如图1所示。阳极是自制的钽铱氧化物电极（有效面积为ldm2），阴极为纯钛板。中间用均相阳离子交换膜将电解槽分成了阳极区和阴极区，体积为500 mL。电解过程中，添加质量分数为0.1%的NaCl溶液作为电解质，电流密度为5 A/dm2，电极间距为2 cm，电解一定时间后，在阳极区得到氧化电解水( EOW)，阴极区得到还原电解水(ERW)。通过调整电解时间可以获得不同有效氯质量浓度的氧化电解水。有效氯质量浓度的测定是以3，3，5，5-四甲基联苯胺溶液(0.3  g/L)为显色剂，在449 nm处测定吸光度，并根据余氯测定标准曲线并计算有效氯质量浓度。

1.2聚乙烯醇一壳聚糖水凝胶的制备

 称取0.25 g聚乙烯醇(PVA)于18 mL0. 349 mol/L的醋酸溶液中溶胀一段时间，随后水浴加热至80℃进行溶解。当其完全溶解后，加入1. 25 g的壳聚糖(CS)，在65℃下加热搅拌溶解45 min。然后依次加入丙三醇（加入量为聚合物总量的2倍）和0. 28 mL 20/0戊二醛溶液，待搅拌均匀后，静止反应15 min，40C真空干燥24 h得聚乙烯醇一壳聚糖水凝胶。

1.3氧化电解水凝胶的制备

 将2g聚乙烯醇一壳聚糖水凝胶浸渍在25 mL氧化电解水中，每隔一段时间取0.5 mL浸泡液进行有效氯质量浓度分析，并补充相同体积的氧化电解水溶液。有效氯分析方法是先将所取的0.5 mL浸泡液用去离子水稀释至100 mL。取稀释后的溶液9.5 mL，加入0.5 mL四甲基联苯胺溶液，混合后在449 nm处测吸光度，根据测得的吸光度，由有效氯标准曲线得出浸渍液的有效氯质量浓度。

1.4氧化电解水凝胶的释放

 将上述制得的2g氧化电解水凝胶放人透析袋中，浸渍在25 mL PBS缓冲溶液中。每隔一段时间，取0.5 mL缓冲溶液进行有效氯质量浓度分析，方法同1.3，并补充等量新鲜PBS缓冲溶液。

1.5  氧化电解水凝胶杀菌效果

 将2g氧化电解水凝胶加入至25  mL l.0×108 cfu/mL大肠杆菌悬液中，在300 r/min的振荡摇床上分别振荡20、30、40、50 min和60 min。振荡后取0.5 mL大肠杆菌悬液加入到4.5 mL Na2S203中和作用10 min。取0.5 mL接种培养，采用平板计数法分别测定对照组和杀菌组样品的活菌浓度，所有活菌浓度数据以3次平行测定(P<0.05)的平均值为准。

2  结果与讨论

2.1  不同有效氯质量浓度氧化电解水的制备

不同电解时间下所制备氧化电解水的有效氯质量浓度如图2所示。从图2中可以看出，随着电解时间的延长，有效氯质量浓度逐渐增加。当电解时间为50 min时，有效氯质量浓度达到139 mg/L;电解时间为60 min时，有效氯质量浓度达到168 mg/L;电解时间为80 min时，有效氯质量浓度达到201 mg/L。

2.2氧化电解水凝胶的制备

分别采用上述3种不同有效氯质量浓度的氧化电解水，采用浸渍法制备氧化电解水凝胶。采用有效氯质量浓度为139 mg/L的氧化电解水作初始浸渍液，其在制备过程中有效氯的变化情况如图3所示。从图3中可以看出，随着浸渍时间的延长，浸渍液中有效氯质量浓度不断下降。这一方面是归因于凝胶对氧化电解水吸收；另一方面则是电解水本身不稳定而导致分解。为了证明氧化电解水的确被凝胶所吸收，采用没有加凝胶的电解水作为对照。从图3中也可以看出，对照组的有效氯质量浓度也随着时间延长而下降，但是下降的幅度小于水凝胶组。当浸渍时间为100 min时，对照组的有效氯质量浓度为85. 10 mg/L；而水凝胶组有效氯质量浓度为26. 36 mg/L，说明水凝胶对氧化电解水有明显吸收作用。当浸渍时间达到80 min后，有效氯的质量浓度变化不大，其达到吸附平衡。当然初始氧化电解水有效氯质量浓度不同时，其平衡时间会有所不同，为了保证其充分达到平衡，后续电解水凝胶制备时，浸渍时间选定为2h。

2.3  氧化电解水凝胶的释放过程

考虑氧化电解水凝胶在医药行业中实际应用，考察了上述3种不同有效氯质量浓度电解水凝胶的释放过程，通过测试溶液中有效氯质量浓度来代表氧化电解水释放效果。不同有效氯质量浓度氧化电解水凝胶的释放曲线如图4所示。从图4中可以看出，随着浸渍时间的延长，浸渍液中有效氯质量浓度变化呈现2个峰值。当氧化电解水凝胶刚加入溶液时，凝胶表层中氧化电解水快速释放出来，使得溶液中有效氯质量浓度迅速增加；而后则由于氧化电解水自身分解而不断下降，并逐渐达到释放与分解平衡，有效氯质量浓度基本不变，进入一个平稳期。而当浸渍时间过长时，对凝胶的溶胀作用加强，使得凝胶内部的氧化电解水释放出来，所以有效氯质量浓度再一次增加并达到平衡。另外，从图4中可以看出，制备时氧化电解水有效氯质量分数越高，释放出来有效氯质量浓度越多，达到峰值时间越短。当制备时有效氯质量分数为139 mg/L时，其释放有效氯质量分数峰值达到6. 17 mg/L，时间为130 min;制备时有效氯质量分数为168 mg/L时，其释放有效氯质量分数峰值达到13.68 mg/L，时间为90 min;制备时有效氯质量分数为201 mg/L时，其释放有效氯峰值达到16. 74 mg/L，时间为70 min。

2.4  氧化电解水凝胶的杀菌作用

氧化电解水凝胶的杀菌效果如图5所示。从图5中可以看出，随着杀菌时间的延长，氧化电解水凝胶的杀菌效果不断提高，而对照组（普通水凝胶组）杀菌效果增长缓慢。当杀菌时间为20 min，氧化电解水凝胶和普通水凝胶的杀菌效率接近，分别为15. 88 %和12. 39%；当杀菌时间为40 min，氧化电解水凝胶增长到40. 75%，提高了2.57倍，而普通水凝胶的杀菌效率为16. 81%，仅提高了35. 67%：当杀菌时间为60 min，氧化电解水凝胶杀菌效率达到79.  76 %；而对照组（普通水凝胶）的杀菌效率仅为23. 01%，两者相差近4倍。因此，当普通水凝胶负载氧化电解水之后，可以大大提高了其杀菌效率。

3结论

 利用浸渍法制备了氧化电解水凝胶。结果表明，不同有效氯质量浓度的氧化电解水凝胶释放曲线类似，随着浸渍时间的延长，浸渍液中有效氯质量浓度的变化呈现2个峰值，分别对应着凝胶表层中氧化电解水快速释放和凝胶内部氧化电解水释放。氧化电解水有效氯质量浓度越高，释放有效氯越多，达到峰值时间越短。在此基础上，考察了氧化电解水凝胶的杀菌作用，其具有较好的持续杀菌效果，明显优于无负载氧化电解水的水凝胶。