醫用水膠體敷料的制備、性能及傷口應用效果

李巧蘭

摘 要：針對傳統敷料易粘附傷口，無法為創傷部位提供保護，無法抵抗外部細菌感染，進而導致組織再次損傷的問題，提出一種生物降解的抗菌醫用水凝膠敷料，用于傷口愈合。首先通過化學改性法制備海藻酸鈉（OAlg），利用席夫堿交聯反應制備水凝膠OAlg/CMCS;再利用乳化交聯法制備載鹽酸四環素明膠微球（TH/GMs）。在水凝膠中加入不同濃度的TH/GMs，制備不同濃度的TH/GMs/Gel，性能測試結果表明，當TH/GMs為30mg/mL時，凝膠時間適宜;吸水溶脹和降解穩定性最好;最大壓縮應力達到102.6MPa;壓縮模量值達到8.18kPa;儲能模量超過10kPa，彈性性能好，是一種結構良好，機械能力優異的醫學敷料。

關鍵詞：醫用敷料;水凝膠;微球;席夫堿交聯反應

中圖分類號：TQ437 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）09-0044-05

Preparation， Properties and Wound Application Effect of Medical Hydrocolloid Dressing

Li Qiaolan

（Wuhan NO.1 Hospital， Wuhan 430000， China）

Abstract：In view of the problem that traditional dressings are easy to adhere to wounds， they can not provide protection for trauma sites， and can not resist external bacterial infection， and then cause tissue damage again. A biodegradable antibacterial medical hydrogel dressing is proposed for wound healing. Firstly， sodium alginate （OAlg） was prepared by chemical modification method， and hydrogel OAlg/CMCS was prepared by cross-linking reaction of Schiff base. Then， tetracycline gelatin microspheres （TH/GMs） were prepared by emulsion crosslinking method. Different concentrations of TH/GMs were added into the hydrogel to prepare TH/GMs/Gel with different concentrations. The performance test results show that when TH/GMs is 30mg/mL， the gel time is suitable， the water swelling and degradation stability are the best， the maximum compressive stress reaches 102.6MPa， the compression modulus reaches 8.18kPa， the storage modulus is over 10kPa， and the elastic property is good， so it is a medical dressing with good structure and excellent mechanical capability.

Key words：medical dressing; hydrogel; microsphere; Schiff base crosslinking reaction

現代醫學技術逐年提高，藥品和醫用器械也走向現代化，但醫用敷料卻還停留在傳統的紗布、繃帶、棉花等物。這些敷料雖然能幫助傷口引流，但比較干燥，易粘附傷口，無法為創傷部位提供保護。另外紗布敷料還需經常更換，不僅會增加成本，還可能會造成重復性組織損傷。尋找一種與細胞相容性較高，能提供濕潤的組織接觸環境的醫用敷料，是目前較為重要的研究話題。朱新華（2019）等人嘗試以醫用銀離子作為主要材料制備抗菌水凝膠敷料[1];魯手濤（2020）等人則嘗試用高分子材料制備水凝膠傷口敷料[2]，這些學者的研究為醫用敷料制備提供了新的方向，但是在具體實現中還是有一定困難。在此背景下，本文嘗試用經化學氧化后的海藻酸鈉與載鹽酸四環素明膠微球作為基礎制備水凝膠醫用敷料，為醫用敷料的進一步研究提供新的思考。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

本試驗所用試劑與儀器如表1、表2所示。

1.2 試驗步驟

1.2.1 氧化海藻酸鈉/羧甲基殼聚糖水凝膠的制備

本試驗利用高碘酸鈉氧化海藻酸鈉（Alg），得到帶有醛基的氧化海藻酸鈉（OAlg），并以此為基礎制備氧化海藻酸鈉/羧甲基殼聚糖水凝膠，具體步驟如下：

（1）用電子天平精準稱取海藻酸鈉6g，量取300mL去離子水，兩者混合后利用磁力攪拌器攪拌至完全溶解，得到濃度為2%（w/v）的海藻酸鈉溶液。

（2）用電子天平精準稱取3g高碘酸鈉，完全溶解于10mL去離子水，得到高鉀酸鈉溶液。將制備的溶液以緩慢滴加的方式加入海藻酸鈉溶液，滴加完成后置于室溫避光環境反應24h。

（3）反應完成后加入4mL乙二醇進行反應，反應時間為2h，待反應完成后，加入1g氯化鈉。

（4）將上述步驟制備的溶液裝入MWCO 14000透析袋，在去離子水中避光透析，透析時間為3d，每天換水3～5次。

（5）透析結束后純化，將純化后的溶液進行干燥冷凍，產物為白色絮狀體。此時可利用碘量法計算氧化海藻酸鈉的氧化度， 計算結果為44.5%。

（6）配制質量分數為15%（w/v）的OAlg水溶液，避光保存，用時配制。配制質量分數為4%（w/v）的CMCS水溶液，同樣用時配制。

（7）配置好的OAlg溶液和CMCS溶液在室溫條件下，按照1∶4的體積比混合攪拌均勻，37℃下進行凝膠，凝膠時間為30min，得到氧化海藻酸鈉/羧甲基殼聚糖水凝膠（OAlg）。

1.2.2 載鹽酸四環素明膠微球的制備

利用乳化交聯法制備載鹽酸四環素明膠微球，具體步驟如下：

（1）用電子天平精準稱取1g明膠，量取10mL去離子水，兩者混合后在磁力攪拌器作用下攪拌至完全溶液，攪拌溫度為30℃，得到濃度為10%（w/v）的明膠溶液，將此作為水相備用。

（2）按照明膠質量與鹽酸四環素質量比10∶1稱取鹽酸四環素，溶解于提前配制好質量分數為10%（w/v）明膠溶液中，攪拌使之混合均勻。

（3）量取60mL植物油作為油相，將1mL span80作為乳化劑，兩者在燒杯中混合均勻后進行預熱，預熱溫度為60℃。

（4）將同樣預熱至60℃的明膠溶液緩慢滴加到油相中，在800r/min的轉速下機械攪拌至混合均勻，然后進行熱水浴乳化，水浴溫度和時間為60℃、15min，使溶液形成均一的乳液。

（5）待乳化完成后，將熱水換為冰水，繼續攪拌，攪拌時間和轉速為5min和800r/min。待乳液完全冷卻后，向乳液中慢慢的滴加1mL50%的戊二醛溶液進行交聯固化，攪拌轉速不變，固化時間為60min，待固化完成后得到交聯聚合物。

（6）待交聯結束后，往交聯聚合物中加入30mL冷丙酮進行脫水絮凝，攪拌轉速不變，絮凝時間為40min，微球逐漸固化沉降后用離心機進行離心分離，離心轉速和時間分別為2500r/min、5min。

（7）得到明膠微球后用異丙醇和乙醇清洗微球4次，將其表面的油相洗凈后進行冷凍干燥，得到載鹽酸四環素明膠微球（TH/GMs）。

1.2.3 微球復合水凝膠抗菌敷料的制備

微球復合水凝膠抗菌敷料制備是在制備OAlg/CMCS時加入定量載藥明膠微球TH/GMs，具體步驟如下：

（1）將明膠微球在室溫條件下與質量分數為4%（w/v）的CMCS水溶液混合，使之均勻分散在CMCS水溶液中，得到TH/GMs溶液。

（2）按照OAlg：TH/GMs體積比1∶4混合，攪拌均勻后等待凝膠。凝膠溫度和凝膠時間分別為37℃和30min，得到微球復合水凝膠抗菌敷料。

（3）以空白OAlg/CMCS水凝膠作為對照，分別設置TH/GMs在OAlg/CMCS水凝膠中濃度為10mg/mL、20mg/mL、30mg/mL、40mg/mL的試驗組，分析TH/GMs對水凝膠性能的影響。

為簡化試驗闡述，本研究將微球復合水凝膠抗菌敷料簡稱為TH/GMs/Gel空白OAlg/CMCS水凝膠為Gel。

1.3 性能測試

1.3.1 凝膠時間分析

本試驗采取傾斜法測定TH/GMs/Gel的凝膠時間，具體步驟為：在5cm的玻璃瓶中加入一定量質量分數為15%（w/v）的OAlg溶液，然后在玻璃瓶中加入指定體積的TH/GMs的4%（w/v）CMCS溶液，兩種溶液接觸后就開始計時，并輕輕搖晃，使溶液混合均勻。然后傾斜玻璃瓶，觀察溶液的流動情況，待玻璃瓶倒置時溶液不再流動，并固化成一定形態，則已經形成水凝膠，停止計時，該時間即為TH/GMs/Gel的凝膠時間。

1.3.2 力學性能測試

分別將濃度為10mg/mL、20mg/mL、30mg/mL、40mg/mL的TH/GMs/Gel溶液和Gel溶液在注射器模具中制備成為柱狀水凝膠，水凝膠的直徑和高分別為15mm和10mm。將制備的水凝膠進行預熱，預熱溫度和時間分別為37℃和30min，利用萬能力學測試機對預熱好的水凝膠按照1mm/min的恒定位移速率進行壓縮力學測試，應力達到屈服點時，水凝膠內部會發生斷裂，測試完成。根據結果繪制應力應變曲線，計算所測樣品在線性范圍內應變范圍內的壓縮模量。

1.3.3 體外降解研究

將濃度為10mg/mL、20mg/mL、30mg/mL、40mg/mL的TH/GMs/Gel溶液和Gel溶液制備成直徑15mm，高10mm的水凝膠樣品并稱重（W0）。 將樣品浸泡在含有20mL PBS離心管中，在恒溫振蕩搖床進行培養，培養溫度和頻率分別為37℃和70r/min。分別將樣品培養0h、3h、6h、12h、24h（1d）、2d、3d、4d、6d、8d、10d、12d、14d后將樣品取出，用濾紙將表面水分吸干并稱重（Wt）。降解率和質量剩余率可用公式（1）、公式（2）表示，并通過降解率和質量剩余率繪制時間變化曲線。

2 結果與討論

2.1 凝膠時間分析

圖1為加入不同濃度TH/GMs的復合水凝膠凝膠時間，觀察圖1可以發現，隨著TH/GMs濃度增加，凝膠時間呈逐漸減少趨勢。當TH/GMs濃度為0mg/mL、10mg/mL時，TH/GMs/Gel凝膠時間相近，都在140s以上，當TH/GMs濃度達到40mg/mL時，凝膠時間最短，為70s。出現此現象的原因為兩種溶液混合后，CMCS將TH/GMs包裹，OAlg加入后，TH/GMs發揮吸水性，將溶液中的水分吸收，增加了CMCS、OAlg濃度，促進席夫堿反應的發生，導致凝膠速率增加。同時，生物高分子微球本質為親水性物質，TH/GMs的加入會提高其他高分子溶液濃度，使CMCS與OAlg的交聯機會增加，凝膠時間縮短。

但高濃度的TH/GMs在混合過程表現出體系不均勻的現象，而且結構內部會出現很多氣泡，這就導致臨床操作十分不便，所以TH/GMs濃度為40mg/mL時，雖然凝膠時間較短，但并不是適用。當TH/GMs濃度為30mg/mL時，制備的TH/GMs/Gel凝膠時間適宜，表面形態較為完好，所以TH/GMs濃度為30mg/mL時為最佳選擇。

2.2 力學性能測試結果

表3是在不同TH/GMs濃度下的最大應變和最大壓縮應力，觀察表3可知，隨TH/GMs濃度增加，TH/GMs/Gel最大應變值逐漸減小。出現此現象的原因為，隨TH/GMs的增加，TH/GMs/Gelu含水量逐漸減小，韌性隨之減小，最大應變值也減小。而與空白水凝膠相比，加入TH/GMs后，最大壓縮應力增加，當TH/GMs濃度達到30mg/mL時，最大壓縮應力達到最高102.62MPa。當濃度超過30mg/mL時，TH/GMs水凝膠中無法分散均勻，使得水凝膠內部裂縫加速產生，出現水凝膠過早斷裂的現象。

圖2為加入不同濃度TH/GMs的TH/GMs/Gel的壓縮模量圖，通過圖2可看出，TH/GMs/Gel的壓縮模量隨TH/GMs的增加而增加，在TH/GMs濃度為40mg/mL時達到最大，此時TH/GMs/Gel壓縮模量值為9.24kPa，出現該現象的原因仍是因為TH/GMs的吸水性，導致高分子聚合物濃度升高，制備的TH/GMs/Gel強度更高，表現出更高的機械性能。

2.3 體外降解測試結果

圖3是加入不同濃度TH/GMs的TH/GMs/Gel降解性能圖，從圖3可看出，TH/GMs/Gel在剛開歐的12h內質量明顯增加，這是由于TH/GMs/Gel的溶脹效應導致的。在正常情況下，TH/GMs濃度越低，TH/GMs/Gel具有更高的溶脹度，TH/GMs/Gel中TH/GMs含量越少就越容易降解。所以空白凝膠的降解速度最快，降解了14d后， 質量剩余率只剩下了30.8%。在最后階段，TH/GMs濃度為20～30mg/mL時，TH/GMs/Gel表現出了很好的穩定性，14d后質量剩余率分別為132.5%和112.8%。出現此現象的原因是加入TH/GMs后，交聯體系中的高分子溶液濃度變大，所以TH/GMs/Gel表現出了很好的固性，進而降低了TH/GMs/Gel的溶脹度，進而延緩了水凝膠的降解速率。而TH/GMs濃度為40mg/mL時，14d后質量剩余率為94.7%，這是由于TH/GMs濃度過高，在降解過程中易出現團聚現象，所以降解剩余率有所降低。

3 結論

研究通過席夫堿交聯反應制備OAlg/CMCS交聯水凝膠，利用乳化交聯法制備載鹽酸四環素明膠微球TH/GMs，最后將不同濃度的TH/GMs加入OAlg/CMCS中，制備出含有不同TH/GMs的TH/GMs/Gel。其中的CMCS溶液濃度為4%（m/v）;OAlg溶液濃度為15%（w/v）;TH/GMs載藥比為10：1;OAlg：TH/GMs體積比1∶4。并探究了該水凝膠的性能測試，具體結論如下：

（1）通過對凝膠時間的分析試驗發現，隨TH/GMs濃度的增加，TH/GMs/Gel凝膠時間逐漸減少，但當TH/GMs濃度達到40mg/mL時，TH/GMs在體系中分布不均勻，且結構內部會出現很多氣泡，所以TH/GMs濃度為30mg/mL時，性能最佳。

（2）力學性能測試結果表明，隨TH/GMs的加入導致TH/GMs/Gel最大壓縮應力增加，當TH/GMs濃度達到30mg/mL時，最大壓縮應力達到最高102.62MPa，壓縮模量值為8.18kPa，表現出良好的機械性能。

（3）體外降解測試結果表明，TH/GMs會影響TH/GMs/Gel的溶脹度，TH/GMs濃度越高，溶脹度越低，越不易降解。當TH/GMs濃度達到30mg/mL時，14d后剩余率達到112.8%，表現出很好的穩定性。

綜上所述，當TH/GMs濃度為30mg/mL時，凝膠時間適宜，吸水溶脹能力和降解穩定性較好，壓縮應力值達到最大，儲存模量達到10kPa，彈性性能好，是一種力學性能優異，可用于傷口恢復的臨床醫學中的凝膠敷料。

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