復(fù)合水凝膠敷料的制備及其性能研究

程靜靜，翟勝娜，馬春陽，張洪亮，司永飛，劉秋華，侯偉娜

（河南駝人貝斯特醫(yī)療器械有限公司，河南 長(zhǎng)垣 453400）

皮膚組織由于致傷因子的作用出現(xiàn)離斷或缺損后，保護(hù)層丟失，極易造成細(xì)菌感染并引起并發(fā)癥，因此，具有防污染、防二次創(chuàng)傷、對(duì)創(chuàng)面進(jìn)行全方位保護(hù)且具有促進(jìn)創(chuàng)面愈合功能的新型敷料已成為研究的熱點(diǎn)。本文選用性能優(yōu)異且無毒副作用的原材料，采用清潔高效的電子束輻照交聯(lián)技術(shù)，制備復(fù)合型水凝膠敷料，旨在提高水凝膠敷料的粘附性、溶脹度、韌性和抗菌性等性能，使其在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用更具競(jìng)爭(zhēng)力。

羧甲基殼聚糖有良好的抗菌性、水溶性。單獨(dú)的PEO和PVA水凝膠強(qiáng)度很低，不能滿足臨床應(yīng)用的需求。在PVAPEO/CMCS共混的同時(shí)，加入適量的甘油，會(huì)得到一種具有抑菌性、韌性較好的新型水凝膠敷料。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 材料與儀器

聚乙烯醇（PVA），粘度25～31 mPa·s（阿拉丁P139534）；

羧甲基殼聚糖（CMCS），粘度為10～100 mPa·s（青島弘海）；

聚氧化乙烯（PEO），分子量為20萬（巴斯夫）；甘油（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；

電子天平，電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，傅立葉紅外光譜儀，掃描電子顯微鏡，真空攪拌機(jī)。

1.2 水凝膠敷料的制備

配制5%的羧甲基殼聚糖水溶液、15%聚乙烯醇溶液、10%聚氧化乙烯溶液；稱取上述配制好的羧甲基殼聚糖水溶液、聚乙烯醇溶液、聚氧化乙烯溶液，以合適的比例在抽真空的攪拌釜中混合，然后加入一定量的甘油。在壓片模具中鋪好無紡布/聚氨酯膜，將配置好的混合液倒在無紡布/聚氨酯膜上，上面附上離型紙，擠壓成所需要的形狀后，經(jīng)電子束輻射交聯(lián)，輻射劑量為20～40 kGy，產(chǎn)品如圖1所示。

圖1 水凝膠敷料

1.3 性能分析和測(cè)試

1.3.1 凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)

裁取樣品在30℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥，直至重量不再變化，記錄為m1，在50℃的去離子水中萃取24 h，水浴比為50∶1，繼續(xù)在干燥箱中干燥，直至重量不再變化，記錄為m2。

計(jì)算凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)=（m2/m1）×100%

1.3.2 力學(xué)性能

（1）將水凝膠樣品切出寬為2.5 cm的樣條，若從離型紙上取下樣品，松弛360 s。

（2）樣條上做兩個(gè)間隔約為5 cm的平行標(biāo)記，測(cè)量?jī)蓚€(gè)標(biāo)記間隔的長(zhǎng)度，記為C1。

（3）以標(biāo)記處為分界線，將條狀樣品的兩端夾在拉力機(jī)的夾頭中，并以500 mm/min的拉伸速度移動(dòng)。記錄樣條斷裂時(shí)最大的力M。

（4）斷裂時(shí)的標(biāo)距記為C2。

1.3.3 溶脹度

取本品3片，精密稱量每片的質(zhì)量M1，再將每片浸入盛有50 ml室溫去離子水的燒杯中，待其充分溶脹后，立即精密稱量每片的質(zhì)量M2，按式（1）計(jì)算溶脹度，取其平均值，應(yīng)符合上述要求。

式中：DS%為溶脹度；M1為樣品吸水溶脹前質(zhì)量，單位為g；M2為樣品吸水溶脹后質(zhì)量，單位為g。

1.3.4 阻水性

打開LFY-244D醫(yī)用材料阻水性性能測(cè)試儀電源開關(guān)，再分別打開加壓閥和卸壓閥，并向有機(jī)玻璃管頂端加純化水，直至氣泡排泄完畢。關(guān)閉卸壓閥，向有機(jī)玻璃管頂端加純化水直至液面與試樣盤頂端持平。關(guān)閉加壓閥，繼續(xù)加水至300 mm刻度線。添加裁好的樣片，將試樣鋪平，O型圈放入試樣盤上凹槽內(nèi)，緩慢放上一塊不透水試樣且無氣泡產(chǎn)生，樣品上表面放一張濾紙，壓上上壓盤，擰緊螺桿。點(diǎn)擊開始，并打開加壓閥，繼續(xù)向有機(jī)玻璃管頂端加水不少于500 mm。300 s蜂鳴器響，可觀察試樣測(cè)試狀態(tài)。按下停止旋鈕，分別打開加壓閥、卸壓閥，排水，然后擰松螺桿，拿出樣品。

1.3.5 阻菌性

依據(jù)YY/T 0471.5-2017接觸性創(chuàng)面敷料試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。

（1）分別將已活化好的金黃色葡萄球菌、大腸桿菌進(jìn)行菌種稀釋，用無菌PBS液體對(duì)菌落進(jìn)行梯度稀釋到6*106 cfu/ml。

（2）將已輻照滅菌的水凝膠樣品進(jìn)行裁剪，規(guī)格為5 cm*5 cm，在潔凈工作臺(tái)中將其用鑷子輕輕放在固體培養(yǎng)基上，然后吸取50μl菌懸液，分為5滴滴在樣品上。

（3）調(diào)節(jié)生化培養(yǎng)箱溫度為25℃，濕度為40%，將培養(yǎng)皿（含樣品、培養(yǎng)基、菌液）正向放置在上述培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h。

（4）在潔凈工作臺(tái)中去除樣片，然后將培養(yǎng)皿（含培養(yǎng)基）倒置、培養(yǎng)。

1.3.6 紅外光譜

將水凝膠敷料用Thermo Fisher公司的傅里葉變換紅外光譜儀，在400～4 000 cm-1處掃描測(cè)定。

1.3.7 細(xì)胞毒性

浸提液制備：按照最新國(guó)標(biāo)16886.5-2017和16886.12-2017，在無菌條件下，制備浸提液，準(zhǔn)備細(xì)胞，進(jìn)行MMT反應(yīng)試驗(yàn)，計(jì)算細(xì)胞存活率。

2 結(jié)果與討論

2.1 凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)

凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)與輻射劑量的趨勢(shì)圖，如圖2所示，圖2中a表示CMCS/PEO/PVA溶液質(zhì)量比=2∶4∶8；b表示CMCS/PEO/PVA溶液質(zhì)量比=1∶4∶8；c表示CMCS/PEO/PVA溶液質(zhì)量比=1∶4∶6。從圖1中可以看出，當(dāng)輻射劑量相同時(shí)，隨著PVA含量的增加，凝膠分?jǐn)?shù)會(huì)增大；隨著羧甲基殼聚糖的增加，凝膠分?jǐn)?shù)會(huì)減少，而抑菌性能會(huì)提升；當(dāng)羧甲基殼聚糖、聚乙烯醇溶液、聚氧化乙烯溶液質(zhì)量比為1∶8∶4時(shí)，凝膠分?jǐn)?shù)達(dá)到最大。當(dāng)輻射劑量40 kGy、50 kGy、60 kGy時(shí)，凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)趨于平緩，考慮到工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)，在保證質(zhì)量的前提下，節(jié)省成本，采用輻射劑量40 kGy即可滿足要求。

圖2 凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)與輻射劑量的趨勢(shì)圖

2.2 力學(xué)性能

劑量聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基殼聚糖（PVA/PEO/CMCS）復(fù)合水凝膠敷料的拉伸強(qiáng)度圖、斷裂伸長(zhǎng)率，如圖3所示，結(jié)果顯示PVA/PEO/CMCS（PPC）3種材料復(fù)合的綜合力學(xué)性能優(yōu)于PVA（P）、PVA/PEO（PP）和PVA/CMCS（PC），且在30 kGy時(shí)PPC的斷裂伸長(zhǎng)率最優(yōu)，在40 kGy劑量時(shí)PPC樣品的拉伸強(qiáng)度最佳，3種材料復(fù)合水凝膠具有良好的力學(xué)性能。當(dāng)PVA/PEO/CMCS以質(zhì)量比為1∶8∶4復(fù)合時(shí)，加入適量的甘油，隨著輻射劑量的增加，水凝膠敷料的斷裂伸長(zhǎng)率先增大后降低，拉伸強(qiáng)度先降低后增大。

圖3 力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)

2.3 溶脹度

當(dāng)PVA/PEO/CMCS以質(zhì)量比為1∶8∶4復(fù)合時(shí)，水凝膠敷料吸水溶脹，隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，溶脹度先增大后保持平衡，最終溶脹度大于200%；結(jié)果如圖4所示。

圖4 溶脹度實(shí)驗(yàn)

2.4 阻水性

樣品有良好的阻水性，能承受500 mm靜水壓300 s的能力，阻水性實(shí)驗(yàn)如圖5所示。

圖5 阻水性實(shí)驗(yàn)

2.5 阻菌性

水凝膠敷料的阻菌性測(cè)試圖如圖6所示，結(jié)果顯示水凝膠敷料覆蓋的地方無微生物生長(zhǎng)，說明聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基殼聚糖復(fù)合水凝膠具有一定的阻菌性。

圖6 阻菌性測(cè)試圖

2.6 紅外光譜分析

PVA/PEO/CMCS復(fù)合水凝膠材料的FT-IR圖，如圖7所示。在復(fù)合水凝膠中出現(xiàn)了新峰，說明在電子束輻射下，聚乙烯醇、聚氧化乙烯、羧甲基殼聚糖發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng)。氨基官能團(tuán)的出峰位置1 600 cm-1沒有發(fā)生改變，所以經(jīng)過輻射交聯(lián)后，還具有良好的抑菌性。

圖7 紅外光譜圖

2.7 細(xì)胞毒性分析

通過MTT法測(cè)試水凝膠樣品對(duì)小鼠成纖維細(xì)胞（L929）增值率的影響，結(jié)果顯示細(xì)胞毒性不大于2級(jí)，如圖8所示，滿足臨床使用要求。

圖8 水凝膠細(xì)胞毒性

3 結(jié)論

水凝膠敷料色澤均一，呈淺白色、半透明狀，表面均勻且粘度適中，溶脹度大于200%，為傷口提供濕潤(rùn)的愈合環(huán)境，適用于肉芽生長(zhǎng)過程不理想的急性、慢性傷口的護(hù)理，如下肢潰瘍、褥瘡，還可用于二度燒傷，凝膠冰涼舒適的作用可減輕傷口的疼痛。高含水量的親水性高分子凝結(jié)可持續(xù)的往傷口釋放水分，創(chuàng)造傷口愈合理想的水分環(huán)境，自動(dòng)調(diào)節(jié)傷口的濕潤(rùn)程度，可在創(chuàng)面停留長(zhǎng)達(dá)7 d。水凝膠敷料的細(xì)胞毒性小于二級(jí)，且具有良好的阻菌性、阻水性和水蒸氣透過率。當(dāng)輻射劑量相同時(shí)，隨著PVA含量的增加，凝膠分?jǐn)?shù)會(huì)增大；隨著羧甲基殼聚糖的增加，凝膠分?jǐn)?shù)會(huì)減少，而抑菌性能會(huì)提升；當(dāng)羧甲基殼聚糖、聚乙烯醇溶液、聚氧化乙烯溶液質(zhì)量比為1∶8∶4時(shí)，凝膠分?jǐn)?shù)達(dá)到最大。隨著輻射劑量的增加，水凝膠的斷裂伸長(zhǎng)率先增大后降低，拉伸強(qiáng)度先降低后增大。

推向市場(chǎng)的產(chǎn)品可由水凝膠層、聚氨酯薄膜、保護(hù)層組成。與創(chuàng)面接觸的水凝膠層，含有聚乙烯醇、聚氧化乙烯、羧甲基殼聚糖等組成的親水高分子凝膠；半透氣的聚氨酯薄膜覆于水凝膠層之上，保護(hù)貼覆于水凝膠層之下。水凝膠敷料作為醫(yī)療器械產(chǎn)品，為無菌產(chǎn)品，采用電子束輻射方式交聯(lián)及滅菌；其無皮膚刺激性，無超敏反應(yīng)，粘附力適宜，使用后無殘留，生物相容性良好。同時(shí)在凝膠中加入抗菌物質(zhì)，可以防止傷口感染，在醫(yī)學(xué)臨床上有重要的應(yīng)用價(jià)值。