8-羥基喹啉（8-HQ）與聚乳酸（PLA）、聚氨酯（PU）等可降解聚合物的共混紡絲技術(shù)，通過(guò)將抗菌功能與生物降解性結合，在醫用縫合線(xiàn)、抑菌包裝材料及組織工程支架等領(lǐng)域展現獨特優(yōu)勢。該過(guò)程需從相容性調控、紡絲工藝優(yōu)化及功能協(xié)同機制入手，實(shí)現材料抗菌活性與力學(xué)性能的平衡，以下是關(guān)鍵技術(shù)路徑與應用特性的解析：

一、共混紡絲的相容性基礎與改性策略

1. 與聚合物的界面作用機制

極性差異與分散挑戰：8-羥基喹啉分子含極性羥基與喹啉環(huán)，而 PLA（疏水性）、PU（極性鏈段與非極性鏈段共存）的極性差異導致相容性有限。未改性時(shí)，它在 PLA 基體中易形成微米級團聚體（粒徑＞5 μm），破壞紡絲液均勻性，導致纖維力學(xué)性能下降（斷裂強度降低 20% 以上）。

界面改性方法：

表面羥基化處理：通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑（如 KH-560）對8-羥基喹啉進(jìn)行改性，其環(huán)氧基團與8-羥基喹啉羥基反應，引入可與 PLA 酯基形成氫鍵的硅氧烷鏈，使團聚體粒徑降至 1 μm 以下，共混體系儲能模量（E'）提升15%。

嵌段共聚增容：在 PU 合成中引入8-羥基喹啉衍生的二元胺（如 8-HQ - 己二胺），通過(guò)擴鏈反應將它共價(jià)接入 PU 分子鏈，形成 “硬段 - 8-HQ - 軟段” 嵌段結構，使其分散度提高 40%，且紡絲液黏度穩定性（25℃下靜置 4 小時(shí)黏度變化＜5%）顯著(zhù)改善。

2. 紡絲液制備的關(guān)鍵參數

PLA/8-HQ 體系：采用二氯甲烷（DCM）/N,N - 二甲基甲酰胺（DMF）混合溶劑（體積比 7:3），8-羥基喹啉含量控制在 3%-5%（質(zhì)量分數），溶液濃度 15%-20%（w/v），在 60℃下磁力攪拌 4 小時(shí)，可形成均相紡絲液。過(guò)高濃度（＞5%）會(huì )導致其結晶析出，紡絲時(shí)出現噴絲孔堵塞。

PU/8-HQ 體系：選擇四氫呋喃（THF）作為溶劑，利用 PU 的氨酯鍵與8-羥基喹啉的羥基形成氫鍵，在其含量≤8% 時(shí)可自發(fā)形成穩定分散體系，無(wú)需額外增容劑。紡絲液溫度控制在 40℃，避免它熱分解（其分解溫度約 210℃，但高溫下與 PU 的氨基可能發(fā)生副反應）。

二、紡絲工藝優(yōu)化與纖維結構調控

1. 靜電紡絲中的功能 - 結構協(xié)同

工藝參數對纖維性能的影響：

電壓與接收距離：PLA/8-HQ 體系在 15 kV 電壓、15 cm 接收距離下，可獲得直徑 500-800 nm 的均勻纖維，孔隙率 70%-80%，比表面積 15-20 m²/g。此時(shí)8-羥基喹啉以無(wú)定形狀態(tài)分散于 PLA 基體，抗菌性能優(yōu)（對大腸桿菌抑菌率＞99%）。若電壓過(guò)高（＞20 kV），它可能因電場(chǎng)作用發(fā)生取向聚集，導致局部濃度過(guò)高而降低纖維韌性。

PU/8-HQ 體系的特殊優(yōu)勢：PU 的高彈性賦予纖維良好的延展性（斷裂伸長(cháng)率＞300%），通過(guò)調整紡絲液中8-羥基喹啉含量，可調控纖維表面粗糙度 ——8% 含量時(shí)，纖維表面形成納米級凸起（高度 200-300 nm），不僅增加抗菌位點(diǎn)，還能通過(guò)物理屏障抑制細菌黏附，較光滑表面纖維的細菌黏附量減少 70%。

2. 熔融紡絲的可行性與限制

PLA/8-HQ 熔融紡絲：需控制溫度在 180-190℃（低于 PLA 熔點(diǎn) 200℃，避免 8-HQ 分解），螺桿轉速 30-40 r/min，8-羥基喹啉含量≤2%。此時(shí)纖維力學(xué)性能接近純 PLA（拉伸強度 40-45 MPa），但抗菌持久性顯著(zhù)提升 —— 經(jīng) 50 次洗滌后，2% 8-HQ/PLA 纖維的抑菌率仍保持 85%，優(yōu)于傳統載藥涂層（洗滌10 次后抑菌率＜50%）。

限制因素：8-羥基喹啉在高溫下易與 PLA 發(fā)生酯交換反應，導致分子量下降（重均分子量 Mw 從 10 萬(wàn)降至 8 萬(wàn)以下），因此需添加 0.5% 抗氧化劑（如受阻酚類(lèi) Irganox 1010）抑制降解。

三、抗菌機制與長(cháng)效性設計

1. 可控釋放模式

擴散 - 降解協(xié)同釋放：在 PLA 纖維中，8-羥基喹啉的釋放分為兩個(gè)階段：初期（0-24 小時(shí)）因纖維表面吸附的該成分快速溶出，釋放量達 30%-40%，迅速抑制細菌繁殖；后期（24 小時(shí)后）隨 PLA 基體的水解降解，它逐步釋放，在 14 天內累計釋放量達 70%-80%。體外實(shí)驗顯示，該釋放模式可使纖維在 3 周內對金黃色葡萄球菌保持 90% 以上的抑菌率。

PU 纖維的 pH 響應釋放：PU 中的氨基甲酸酯鍵在酸性環(huán)境（如感染部位 pH 5.5）下水解速率加快，促使8-羥基喹啉釋放速率提升 2 倍。當它與 PU 通過(guò)共價(jià)鍵結合時(shí)，該響應性更顯著(zhù) ——pH5.5時(shí)24小時(shí)釋放量為 pH 7.4 時(shí)的 3 倍，實(shí)現 “感染部位按需釋藥”。

2. 抗生物膜與細胞相容性平衡

生物膜抑制效果：8-HQ/PLA 纖維表面的 8-HQ 可破壞細菌生物膜的胞外多糖基質(zhì)。掃描電鏡觀(guān)察顯示，14 天后纖維表面的銅綠假單胞菌生物膜厚度僅為純 PLA 纖維的 1/3，且活菌數減少 80%。

細胞毒性調控：8-羥基喹啉的含量＞5% 時(shí)，纖維對成纖維細胞的增殖抑制率＞20%，因此醫用場(chǎng)景中建議將其含量控制在 3% 以?xún)?，并復?0.5% 殼聚糖（CS），通過(guò) CS 的正電荷與 8-HQ 的負電荷中和，降低細胞毒性 —— 實(shí)驗顯示，3% 8-HQ + 0.5% CS/PLA 纖維的細胞存活率達 90% 以上，同時(shí)保持抗菌活性。

四、應用場(chǎng)景與性能優(yōu)勢

1. 醫用可降解縫合線(xiàn)

性能組合：8-HQ/PLA 縫合線(xiàn)（直徑 50-100 μm）的拉伸強度達 35-40 MPa，接近天然蠶絲，且在體內降解周期（8-12 周）與傷口愈合時(shí)間匹配。動(dòng)物實(shí)驗表明，該縫合線(xiàn)可使術(shù)后感染率從 15% 降至 3%，且降解產(chǎn)物（乳酸與 8-HQ 代謝物）無(wú)系統毒性。

與傳統抗菌縫合線(xiàn)的對比：相較于載銀 PLA 縫合線(xiàn)，8-HQ/PLA縫合線(xiàn)無(wú)銀離子釋放導致的細胞毒性，且對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）的抑菌效果更穩定（抑菌環(huán)直徑15-18mm vs銀離子的10-12 mm）。

2. 食品抑菌包裝材料

8-HQ/PU 納米纖維膜特性：將8-羥基喹啉的含量 5% 的 PU 納米纖維膜（厚度 50-100 μm）用于鮮切果蔬包裝，在 4℃儲存條件下，可使菌落總數在 7 天內控制在 10³ CFU/g 以下（未處理組達 10⁵ CFU/g），且纖維膜可在土壤中 3 個(gè)月內降解 90%，優(yōu)于傳統聚乙烯（PE）包裝膜（不可降解）。

保鮮機制：8-羥基喹啉除抗菌外，還能螯合果蔬釋放的乙烯氣體（通過(guò)與乙烯分子中的雙鍵配位），延緩果實(shí)成熟，使草莓的貨架期從 3 天延長(cháng)至 7 天。

五、技術(shù)挑戰與未來(lái)方向

1. 當前面臨的問(wèn)題

高溫加工適應性：8-羥基喹啉的熱穩定性限制了其在高熔點(diǎn)可降解聚合物（如聚己二酸 - 對苯二甲酸丁二酯，PBAT）中的應用，需開(kāi)發(fā)低溫紡絲技術(shù)（如濕紡或干紡）。

長(cháng)期降解中的抗菌持續性：當聚合物降解至后期（分子量＜1 萬(wàn)），8-羥基喹啉釋放速率加快，可能導致局部濃度過(guò)高，需通過(guò)核 - 殼結構設計（如 PLA/8-HQ 為核，聚己內酯（PCL）為殼）實(shí)現梯度釋放。

2. 前沿探索方向

光響應抗菌纖維：將8-羥基喹啉與光敏劑（如卟啉）共混紡入 PU 纖維，在可見(jiàn)光（400-500 nm）照射下，它的抗菌活性可提升 2 倍，適用于需動(dòng)態(tài)調控抗菌強度的場(chǎng)景（如術(shù)后感染風(fēng)險期的針對性強化）。

自修復抗菌纖維：在 PLA/8-HQ 體系中引入微膠囊化的修復劑（如環(huán)氧丙烷），當纖維因細菌侵蝕出現微裂紋時(shí)，微膠囊破裂釋放修復劑，與8-羥基喹啉協(xié)同抑制細菌并填補裂紋，使纖維的抗菌周期延長(cháng)50%。

8-羥基喹啉與可降解聚合物的共混紡絲技術(shù)，通過(guò)界面改性、紡絲工藝優(yōu)化及釋放機制設計，實(shí)現了抗菌功能與生物降解性的有機結合。從醫用縫合線(xiàn)到環(huán)保包裝材料，其核心優(yōu)勢在于：8-羥基喹啉的螯合抗菌機制對耐藥菌高效，聚合物降解與藥物釋放的同步性減少長(cháng)期毒性，以及通過(guò)結構設計實(shí)現的功能智能化。未來(lái)需進(jìn)一步突破高溫加工限制與釋放精準調控，推動(dòng)該材料在高端醫療與環(huán)保領(lǐng)域的規?；瘧?。

本文來(lái)源于黃驊市信諾立興精細化工股份有限公司官網(wǎng) http://www.gdctc.cn/