鑭系銪配位羧甲基殼聚糖止血海綿的研究

王曉晨，李紅梅，張偉偉，郈秀菊

(山東省藥學科學院，山東省醫(yī)用高分子材料重點實驗室，山東 濟南 250100)

1 引 言

羧甲基殼聚糖(carboxymethyl chitosan，CMCS)為天然高分子多糖-殼聚糖羧甲基化的衍生產(chǎn)物[1-3]。羧甲基殼聚糖不但改善了殼聚糖的水溶性，而且增強了抑菌活性[3-4]。改性后多糖分子結(jié)構(gòu)上存在羧甲基使羧甲基殼聚糖還可以作為一種有機配體，當該配體的三重態(tài)能級和鑭系金屬銪離子(Eu3+)的共振發(fā)射能級匹配時，就能存在一個高效能量傳遞的過程，發(fā)射出紅色特征熒光，具有優(yōu)良的發(fā)光性能[5-8]。鑭系金屬元素在醫(yī)藥領(lǐng)域廣泛應用于抗血栓藥物、抗炎藥物等[9-10]，但是用于標記傷口感染和光學顯示的醫(yī)用敷料領(lǐng)域鮮有報道。

本研究以羧甲基殼聚糖與鑭系金屬銪水合物進行配位，復合其他醫(yī)用輔料，經(jīng)發(fā)泡和冷凍干燥工藝制備得到鑭系銪配位羧甲基殼聚糖止血海綿。該敷料表面多孔，且孔隙均勻，具有優(yōu)良的止血抑菌性和特征熒光性能。

2 材料與方法

2.1 原料試劑

羧甲基殼聚糖(CMCS)購于青島弘海生物技術(shù)有限公司，脫乙酰度90%；氧化銪(Eu2O3)，吐溫80(T80)購于國藥集團化學試劑有限公司；濃鹽酸(HCl)、四氫呋喃、乙醇、甲醇、丙酮均為分析純，購于天津市大茂化學試劑廠；丙三醇、丙二醇均為分析純，購于天津市富宇化學試劑廠；大腸桿菌、枯草桿菌、金黃色葡萄球菌購于山東省疾病預防控制中心；沙氏培養(yǎng)基購于杭州天和微生物試劑有限公司；營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基購于上海源聚生物科技有限公司。

2.2 儀器設(shè)備

熒光分光光度計：Perkin Elmer 公司 LS-55型；真空干燥箱：上海樹立儀器儀表有限公司 ZKXF型；SM-7800F超高分辨率場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)：日本JEOL電子株式會社。

2.3 實驗方法

稱取一定量的Eu2O3溶于濃鹽酸制備六水合氯化銪(EuCl3·6H2O)[5-8]。

按照原料質(zhì)量配比1∶1稱取CMCS和EuCl3·6H2O，溶于25 ml四氫呋喃磁力攪拌反應4 h。加入50 ml甲醇回流0.5 h，過濾后分別用甲醇、水、丙酮洗滌3次得粗產(chǎn)品。將粗產(chǎn)品加入20 ml四氫呋喃和50 ml甲醇混合溶液，回流1 h，重復上述洗滌過程[5-8]。洗滌產(chǎn)物放入真空干燥箱中，55℃干燥10 h，得到產(chǎn)物鑭系銪配位的羧甲基殼聚糖粉末，簡稱為CMCS-Eu,收率92%～95%。

取8 g CMCS-Eu粉末，加入2.5 g丙三醇、1 g丙二醇、0.5 g T80，88 g去離子水，高速機械發(fā)泡1 h，-70℃冷凍1 h，-45℃冷凍干燥10 h，得到鑭系銪配位羧甲基殼聚糖止血海綿[11]，簡稱為CMCS-Eu止血海綿。

3 結(jié)果與討論

3.1 掃描電鏡(SEM)分析

圖1為CMCS-Eu止血海綿的掃描電鏡圖片，敷料為多孔層狀，呈分散和聚集態(tài)的物理形貌為其應用于大量吸液、快速止血的醫(yī)用敷料提供了基礎(chǔ)[5-6,11]。

圖1 CMCS-Eu止血海綿的SEM圖像

3.2 吸液倍率測試

稱取CMCS-Eu止血海綿 0.5 g，置于潔凈干燥的培養(yǎng)皿中，稱重m1，加入適量試驗液[12]待吸液飽和后，倒出多余試驗液，稱重m2，根據(jù)公式(1)計算吸液倍率(A)，經(jīng)多次測試后，吸液倍率為30～33倍。

A=(m2-m1)/0.5

(1)

3.3 熒光光譜分析

CMCS-Eu止血海綿的激發(fā)光譜見圖2。通過檢測含銪復合材料在617 nm 處的發(fā)射強度隨激發(fā)波長的變化而測定激發(fā)光譜。CMCS-Eu止血海綿在275 nm處呈現(xiàn)出一個寬吸收峰，該現(xiàn)象證明銪離子發(fā)生了配位[5-8]，故顯示出Eu3+與CMCS的羧甲基存在能量傳遞，該材料具備發(fā)光性能。

圖2 CMCS-Eu止血海綿的激發(fā)光譜

在298 K，275 nm波長的紫外光激發(fā)可檢測到銪離子紅色發(fā)射光譜。含銪敷料的發(fā)射波長分別對應于Eu3+離子的三重態(tài)能級至不同單重態(tài)能級之間的躍遷，分別是5D0→7F1躍遷(590 nm處)，5D0→7F2躍遷(616 nm處)[5-8]。說明CMCS的羧甲基基團與Eu3+離子間存在有效地能量傳遞過程。

圖3 CMCS-Eu止血海綿的發(fā)射光譜

3.4 大鼠背部止血實驗

選取6只280～320 g健康Wistar大鼠，雌雄各半，隨機分為3組，每組2只大鼠，分別是空白對照組、紗布包扎組和CMCS-Eu止血海綿組。大鼠麻醉固定于手術(shù)臺，背部去毛、消毒后，切取1cm×1cm的皮膚，待血液充滿創(chuàng)面，根據(jù)分組采取敷壓止血措施，記錄止血時間，觀察敷料與創(chuàng)面的粘合情況。結(jié)果見表1，CMCS-Eu止血海綿組能在較短時間內(nèi)止血，流血量少，可以粘結(jié)附著創(chuàng)面，凝血效果好，能有效達到止血目的。

表1 CMCS-Eu止血海綿的大鼠背部止血實驗結(jié)果

3.5 抑菌試驗

以CMCS-Eu止血海綿為抑菌試樣，分別對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草桿菌進行抑菌試驗[1,4]。將CMCS-Eu止血海綿剪成直徑6 mm圓形片經(jīng)輻照滅菌、干燥，浸于營養(yǎng)瓊脂、沙氏培養(yǎng)基4 min，吸飽和后作為備用試樣。將浸有無菌水的濾紙片作為空白試樣進行對照。

所用器皿均需無菌，操作過程保證在無菌環(huán)境中進行。將三種供試菌分別均勻涂布在含營養(yǎng)瓊脂、沙氏培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿中，再用無菌眼科鑷子將備用試樣和空白試樣貼于上述涂布菌種的培養(yǎng)基上，置37℃培養(yǎng)18～24 h，觀察、測量并記錄抑菌圈大小。

抑菌試驗結(jié)果見表2。通過抑菌試驗可知，CMCS-Eu止血海綿對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草桿菌均有一定的抑菌作用，對金黃色葡萄球菌的抑菌作用略高于枯草桿菌和大腸桿菌。

表2 CMCS-Eu止血海綿的抑菌圈直徑(mm)

4 結(jié)論

羧甲基殼聚糖分子結(jié)構(gòu)上的羧甲基與鑭系金屬銪鹽配位，復合其他醫(yī)用輔料制備得到鑭系銪配位羧甲基殼聚糖止血海綿。

該止血海綿呈多孔洞和大粒徑的物理形貌能大量吸液、快速止血，吸液率可達到30～33倍，用于大鼠背部止血實驗時，能迅速止血，粘結(jié)附著創(chuàng)面，凝血效果好，具有優(yōu)異的吸液止血性能。該止血海綿對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草桿菌均有一定的抑菌作用，對金黃色葡萄球菌的抑菌作用略高于枯草桿菌和大腸桿菌。而且Eu3+與CMCS中的羧甲基存在有效的能量傳遞過程，能發(fā)出紅色特征光，賦予該止血海綿良好的熒光性能。

該止血海綿既具有羧甲基殼聚糖良好的吸濕抑菌性，兼具鑭系銪配合物穩(wěn)定的發(fā)光性能，可用于創(chuàng)面止血、抑菌，還可用于特殊標記傷口感染區(qū)域和特征光學顯示等。該材料拓寬了殼聚糖傷口護理敷料的應用，在外科手術(shù)和家庭護理等方面具有很好的前景。