碳納米纖維紡絲抗菌敷料制備及實際應用效果比較

李蠡 高歌 張麗 陳曉晶 王守艷

摘 要：針對傳統醫用敷料止血效果差的問題，結合靜電紡絲技術，提出一種烷基化殼聚糖結合酸化碳納米纖維的新型抗菌敷料，并對其應用效果進行分析。結果表明：經過近紅外光源照射 150 s后，敷料表面溫度穩定在60 ℃，經過5次開-關循環加熱試驗后，溫度并未出現下降；經過光照處理孵育24 h后，大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在抗菌敷料上的存活率分別為5%和10%，抑菌效果良好。L929 細胞在抗菌敷料浸漬液中培養 48 h 后，細胞存活率超過75%；與血液相容率控制在5%內；全血凝固時間為163 s，全血凝固指數約為7.31%，表現出良好的材料性能；將抗菌敷料用于術后護理，出血率為4.26%，術后感染率為2.13%，止血有效率為95.74%，表現出良好的護理效果。

關鍵詞：抗菌敷料；靜電紡絲；止血材料；酸化碳納米纖維

中圖分類號：TQ465

文獻標志碼：A

文章編號：1001-5922（2023）07-0073-04

Comparision of preparation and practical application effect of antimicrobial dressings using carbon nanofiber spinning

LI Li1，GAO Ge1，ZHANG Li1，CHEN Xiaojing1，WANG Shouyan2

（1.Cancer Hospital Affiliated to Harbin Medical University，Harbin 150040，China;

2.Harbin Medical University，Harbin 150076，China

）

Abstract：In response to the poor hemostatic effect of traditional medical dressings， a novel antibacterial dressing combining alkylated chitosan with acidified carbon nanofibers is proposed using electrospinning technology，and its application effect is analyzed.The results showed that after 150 seconds of exposure to a near-infrared light source，the surface temperature of the dressing remained stable at 60 ℃.After five cycles of on-off heating tests，the temperature did not decrease; After 24 hours of light treatment and incubation，the survival rates of Escherichia coli and Staphylococcus aureus on the antibacterial dressing were 5% and 10%，respectively，showing good antibacterial effect.After being cultured In the immersion solution of antibacterial dressing for 48 hours， cell survival rate of L929 cell exceeded 75%.The blood compatibility rate of the antibacterial dressing was within 5%. The whole blood coagulation time was 163 seconds，and the whole blood coagulation index was about 7.31%，demonstrating good material properties.The antibacterial dressing was used for postoperative care resulted in? a postoperative bleeding rate of 4.26%，a postoperative infection rate of 2.13% ，and a hemostatic effective rate of 95.74%，demonstrating good nursing effects.

Key words：antibacterial dressings;electrospinning;hemostatic materials;acidified carbon nanofibers

傳統醫用敷料多為無菌紗布和醫用繃帶，雖然能在一定程度上減少細菌對傷口的感染，但其自身并不具備抗菌效果，因此護理效果還達不到理想要求。特別是在手術后，患者傷口會出現大出血的情況，傳統敷料無法快速止血，對患者產生一些不良的影響。優化醫用敷料性能是現代醫學較為重要的課題，對此，部分學者也進行了很多研究。如趙中楠利用循環凍融法制備一種負載石榴皮提取物（PPE）的水凝膠，并對其性能進行研究。彭婷以漢麻基纖維素為材料，制備了一種水凝膠復合功能性傷口敷料，并對其性能進行研究。李曼則通過靜電紡絲制備了一種聚己內酯/明膠載姜黃素生物活性敷料，并研究了該敷料的性能，試驗結果表明，該敷料具備良好的綜合性能，可以在傷口護理領域發揮重要作用。以上學者的研究為傷口敷料的發展提供了一些參考，但在手術敷料方面還存在很多不足，基于此，本試驗以孫嘉華方法為參考，制備了一種用于手術室用的抗菌型紡絲敷料材料，為醫用敷料的發展提供參考。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料與設備

主要材料：乙酸（AR），創通化學；殼聚糖（AR），鴻韜生物工程；乙醇（AR）俱輝化工；十二醛（AR），華翔科潔生物；氰基硼氫鈉（AR），世能化工科技；氫氧化鈉（AR），鵬彩精細化工；濃硝酸（AR），玖豐隆化工；濃硫酸（AR），中水化工；碳納米纖維（AR），恒大化工；醋酸（AR），創通化學；聚乙烯醇（AR），天峰化工。

主要設備： FC-18A型凍干機（國輝儀器）；DZF型真空烘箱（康臣干燥工程）；DZKW-C型恒溫水浴鍋（沃林儀器）；YM-010S型超聲機（蒂普思科技）；S410型紅外光譜儀（奧析科學儀器）；EVO 10型掃描電鏡（同盛科技）；754型可見分光光度計（美析儀器）。

1.2 試驗方法

1.2.1 烷基化殼聚糖的制備

（1）將一定量乙酸與適量殼聚糖混合攪拌，然后加入一定量乙醇繼續攪拌至混合均勻；

（2）加入十二醛反應3 h。繼續加入氰基硼氫鈉反應12 h。反應結束后，通過NaOH水溶液調節體系pH值至中性；

（3）加入適量乙醇沉淀烷基化殼聚糖，過濾后用去離子水充分洗滌，離心后在FC-18A型冷凍干燥機的作用下進行冷凍干燥處理，產物為烷基化殼聚糖。

1.2.2 碳納米纖維的酸化

（1）將濃硝酸和濃硫酸按照體積比1∶3混合，放入1 g碳納米纖維，在超聲的作用下反應3 h；

（2）離心處理后，用去離子水洗滌至中性，在DZF型真空干燥箱的作用下進行真空干燥，產物為酸化后碳納米纖維。

1.2.3 復合敷料制備

（1）在質量分數95%的醋酸溶液中溶入烷基化殼聚糖，得到質量分數3%的烷基化殼聚糖溶液；

（2）在去離子水中溶入PVA，在恒溫水浴鍋的作用下進行反應，反應溫度和時間分別為75 ℃和3 h，得到質量分數10%的PVA水溶液；

（3）將酸化后碳納米纖維放入去離子水中，在超聲機的作用下形成體積分數為0%、1%、2%和3%的纖維懸浮液；

（4）按照4∶6的體積比混合烷基化殼聚糖溶液和聚乙烯醇水溶液，然后放入0.5 mL酸化碳納米纖維懸浮液，充分攪拌，得到均勻的混合溶液；

（5）將混合溶液裝入針筒中進行紡絲，紡絲參數如表1所示；

（6）將紡絲得到的敷料置于室溫環境，待溶劑揮發，得到抗菌型的敷料。

1.3 性能測試

1.3.1 光熱性能

通過近紅外光源照射抗菌紗布150 s，使用紅外熱像儀對溫度進行記錄。

1.3.2 抑菌性能

通過對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在抗菌紗布上的存活率進行測試，表征抗菌紗布的抑菌性能。

1.3.3 生物相容性

通過浸漬法對抗菌紗布的細胞毒性進行檢測。

1.3.4 臨床應用效果評價指標

結合以上制備的材料，觀察腫瘤患者術后的出血量的多少、疼痛程度、有無感染以及止血的效果等指標。

2 結果與討論

2.1 潤濕性能分析

通過抗菌敷料表面的水接觸角測試，表征抗菌敷料的潤濕性能，結果如圖1所示。

由圖1可知， CNWF親水性能良好。而本試驗制備的抗菌敷料水接觸角均超過了60°，疏水性明顯增強。這是因為制備抗菌敷料的主要材料為具有疏水性的烷基化殼聚糖。同時，經過靜電紡絲作用后，制備的薄膜具有微納米級別孔徑，抗菌敷料表面疏水性增加。

2.2 光熱性能

圖2為抗菌敷料光熱性能測試結果。

由圖2可知，在照射150 s后，NCS 3/PVA/CNF0 光照溫度基本不發生變化。隨酸化碳納米纖維濃度的增加，抗菌敷料表面溫度分別上升至48 、55和 60 ℃并維持穩定，這是因為酸化碳納米纖維在抗菌敷料中起到光熱轉化劑的作用，可以將光能有效轉化為熱能。且酸化碳納米管濃度越高，有效轉化率越高，則抗菌敷料表面溫度越高。

2.3 光熱輔助抑菌性

通過光熱輔助殺菌對抗菌敷料的抑菌性能進行進一步評估，結果如圖3所示。

由圖3可知，經過光照處理后孵育24 h后，大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在CNWF 和 NCS3/PVA/CNF 0上的存活率均相對較高，抑菌活性較差。隨酸化碳納米纖維濃度的增加，對2種細菌的抑菌效果明顯增加。大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在NCS3/PVA/CNF3上的存活率分別為5%和10%，表現出良好的抑菌效果。這是因為，體系內酸化碳納米纖維用量越多，敷料表面最高光轉化溫度隨之增加，因此在相同光照條件下，可殺死更多細菌，表現出良好光熱抑菌效果。

2.4 生物相容性測試

抗菌敷料生物相容性測試結果如圖4所示。

由圖4可知，溶血率值控制在5%內，說明本試驗制備的抗菌敷料具備較好的血液相容性和較低的細胞毒性，可以作為醫用敷料使用。

2.5 體外止血性能

通過全血凝固時間反應敷料的體外止血性能，結果如圖5所示。

由圖5可知，CNWF和抗菌敷料的全血凝固時間均明顯低于自然凝血時間，隨酸化碳納米纖維濃度的增加，制備抗菌敷料全血凝固時間縮短。NCS3/PVA/CNF3的全血凝固時間為163 s，較CNWF減少了18.09%，表現出良好的體外止血性能。

2.6 實際應用效果

以CNWF為對照，對抗菌敷料的實際應用效果進行評價。

2.6.1 一般資料

選取我院2021年1月～2022年1月接受手術治療的86例腹部腫瘤患者作為本次研究的對象。根據患者傷口處理方式的不同，將其分為CNWF止血組和抗菌敷料組。其中CNWF止血組患者39例，男性17例，女性22例；平均年齡（54.36±6.28）歲。抗菌敷料組患者47例，男性21例，女性26例；平均年齡（54.42±6.30）歲。傳兩組患者一般基線資料比較差異無明顯統計學意義（P>0.05），有可比性。本研究已獲得醫院倫理委員會批準。

2.6.2 統計學方法

采用SPSS 22.0軟件統計分析，計數資料用［n（%）］表示，比較采用χ2檢驗，以P＜0.05為統計顯著。

2.6.3 2組患者術后情況的比較

2組在術后疼痛無明顯統計學差異（P>0.05）；但實驗組患者術后出血率為4.26%，術后感染率為2.13%，顯著低于傳統止血組（P<0.05）；具體結果如表2所示。

2.6.4 2組術后的止血有效率比較

研究發現，抗菌敷料組47例患者中術后無出血45例，止血有效率為95.74%，較傳統止血組79.49%明顯升高（P<0.05）；具體結果如表3所示。

由表3可知，2組在止血有效率方面有統計學意義（P<0.05）。

3 結語

綜上，本試驗制備的抗菌敷料表現出良好的止血抗菌效果，可以作為醫用敷料使用。

（1）抗菌敷料的纖維較為均勻，且表面光滑；水蒸氣透過率滿足國標YY/T0148—2006中關于醫用敷料水蒸氣透過率的規定；

（2）抗菌敷料水接觸角均超過了60°，疏水性明顯增強。經過近紅外光源照射 150 s后，敷料表面溫度有一定上升并維持穩定。經過5次開-關循環加熱試驗后，抗菌紗布始終維持最高溫度，表現出良好的光熱穩定性；

（3）經過光照處理后孵育24 h后，大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在NCS3/PVA/CNF3上的存活率分別為5%和10%，表現出良好的抑菌效果；

（4）抗菌敷料溶血率值在5%內； L929 細胞在抗菌紗布浸漬液中培養 48 h 后，細胞存活率超過75%，表現出良好的生物相容性；

（5）NCS3/PVA/CNF3全血凝固時間為163 s，表現出良好的止血效果；

（6）將抗菌敷料用于術后護理，抗菌敷料組患者術后出血率為4.26%，術后感染率為2.13%，止血有效率為95.74%，表現出良好的護理效果。

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