復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

（河南駝人貝斯特醫療器械有限公司，河南 長垣 453400）

皮膚組織由于致傷因子的作用出現離斷或缺損后，保護層丟失，極易造成細菌感染并引起并發癥，因此，具有防污染、防二次創傷、對創面進行全方位保護且具有促進創面愈合功能的新型敷料已成為研究的熱點。本文選用性能優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技術，制備復合型水凝膠敷料，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，使其在醫療領域的應用更具競爭力。

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

1 實驗材料和方法

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，國藥集團化學試劑有限公司）；

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

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，經電子束輻射交聯，輻射劑量為20～40 kGy，產品如圖1所示。

圖1 水凝膠敷料

1.3 性能分析和測試

1.3.1 凝膠質量分數

裁取樣品在30℃電熱鼓風干燥箱中干燥，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，繼續在干燥箱中干燥，直至重量不再變化，記錄為m2。

計算凝膠質量分數=（m2/m1）×100%

1.3.2 力學性能

（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）樣條上做兩個間隔約為5 cm的平行標記，測量兩個標記間隔的長度，記為C1。

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

（4）斷裂時的標距記為C2。

1.3.3 溶脹度

取本品3片，精密稱量每片的質量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量M2，按式（1）計算溶脹度，取其平均值，應符合上述要求。

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

1.3.4 阻水性

打開LFY-244D醫用材料阻水性性能測試儀電源開關，再分別打開加壓閥和卸壓閥，并向有機玻璃管頂端加純化水，直至氣泡排泄完畢。關閉卸壓閥，向有機玻璃管頂端加純化水直至液面與試樣盤頂端持平。關閉加壓閥，繼續加水至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，緩慢放上一塊不透水試樣且無氣泡產生，樣品上表面放一張濾紙，壓上上壓盤，擰緊螺桿。點擊開始，并打開加壓閥，繼續向有機玻璃管頂端加水不少于500 mm。300 s蜂鳴器響，可觀察試樣測試狀態。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YY/T 0471.5-2017接觸性創面敷料試驗方法進行試驗。

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

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

（3）調節生化培養箱溫度為25℃，濕度為40%，將培養皿（含樣品、培養基、菌液）正向放置在上述培養箱中培養48 h。

（4）在潔凈工作臺中去除樣片，然后將培養皿（含培養基）倒置、培養。

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處掃描測定。

1.3.7 細胞毒性

浸提液制備：按照最新國標16886.5-2017和16886.12-2017，在無菌條件下，制備浸提液，準備細胞，進行MMT反應試驗，計算細胞存活率。

2 結果與討論

2.1 凝膠質量分數

凝膠質量分數與輻射劑量的趨勢圖，如圖2所示，圖2中a表示CMCS/PEO/PVA溶液質量比=2∶4∶8；b表示CMCS/PEO/PVA溶液質量比=1∶4∶8；c表示CMCS/PEO/PVA溶液質量比=1∶4∶6。從圖1中可以看出，當輻射劑量相同時，隨著PVA含量的增加，凝膠分數會增大；隨著羧甲基殼聚糖的增加，凝膠分數會減少，而抑菌性能會提升；當羧甲基殼聚糖、聚乙烯醇溶液、聚氧化乙烯溶液質量比為1∶8∶4時，凝膠分數達到最大。當輻射劑量40 kGy、50 kGy、60 kGy時，凝膠質量分數趨于平緩，考慮到工業化生產時，在保證質量的前提下，節省成本，采用輻射劑量40 kGy即可滿足要求。

圖2 凝膠質量分數與輻射劑量的趨勢圖

2.2 力學性能

劑量聚乙烯醇/聚氧化乙烯/羧甲基殼聚糖（PVA/PEO/CMCS）復合水凝膠敷料的拉伸強度圖、斷裂伸長率，如圖3所示，結果顯示PVA/PEO/CMCS（PPC）3種材料復合的綜合力學性能優于PVA（P）、PVA/PEO（PP）和PVA/CMCS（PC），且在30 kGy時PPC的斷裂伸長率最優，在40 kGy劑量時PPC樣品的拉伸強度最佳，3種材料復合水凝膠具有良好的力學性能。當PVA/PEO/CMCS以質量比為1∶8∶4復合時，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率先增大后降低，拉伸強度先降低后增大。

圖3 力學性能實驗

2.3 溶脹度

當PVA/PEO/CMCS以質量比為1∶8∶4復合時，水凝膠敷料吸水溶脹，隨著浸泡時間的延長，溶脹度先增大后保持平衡，最終溶脹度大于200%；結果如圖4所示。

圖4 溶脹度實驗

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，阻水性實驗如圖5所示。

圖5 阻水性實驗

2.5 阻菌性

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

圖6 阻菌性測試圖

2.6 紅外光譜分析

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

圖7 紅外光譜圖

2.7 細胞毒性分析

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

圖8 水凝膠細胞毒性

3 結論

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%，為傷口提供濕潤的愈合環境，適用于肉芽生長過程不理想的急性、慢性傷口的護理，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可持續的往傷口釋放水分，創造傷口愈合理想的水分環境，自動調節傷口的濕潤程度，可在創面停留長達7 d。水凝膠敷料的細胞毒性小于二級，且具有良好的阻菌性、阻水性和水蒸氣透過率。當輻射劑量相同時，隨著PVA含量的增加，凝膠分數會增大；隨著羧甲基殼聚糖的增加，凝膠分數會減少，而抑菌性能會提升；當羧甲基殼聚糖、聚乙烯醇溶液、聚氧化乙烯溶液質量比為1∶8∶4時，凝膠分數達到最大。隨著輻射劑量的增加，水凝膠的斷裂伸長率先增大后降低，拉伸強度先降低后增大。

推向市場的產品可由水凝膠層、聚氨酯薄膜、保護層組成。與創面接觸的水凝膠層，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，保護貼覆于水凝膠層之下。水凝膠敷料作為醫療器械產品，為無菌產品，采用電子束輻射方式交聯及滅菌；其無皮膚刺激性，無超敏反應，粘附力適宜，使用后無殘留，生物相容性良好。同時在凝膠中加入抗菌物質，可以防止傷口感染，在醫學臨床上有重要的應用價值。