一種碳點抑菌劑改性麻醉塑料吸管特性分析及應用

關鍵詞：醫用塑料；抗菌改性；抗菌效果；臨床應用；麻醉試驗

中圖分類號：TQ323 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）12-0017-04

傳統麻醉塑料吸入管多為聚氯乙烯制成，雖能滿足麻醉吸入的要求，但部分吸入管柔韌性差和抑菌性能差等問題。透明橡膠材料是目前替代聚氯乙烯醫用導管的主要選擇，但這種醫用橡膠抑菌性差，影響其使用效果。對此，如在硅橡膠表面制備一種具有抗感染功能的殼聚糖載銅凝膠涂層，提升其抑菌性能。試驗結果表明，經過改性后，硅橡膠導管對細菌具有良好且持久的抑菌性，表現出良好的抑菌效果[1]；從表面和本體改性兩方面進行研究，綜述了提升醫用硅橡膠親水性能的改性方法，并對各個方法的優缺點進行分析，為醫用硅橡膠的發展提供了參考[2]；合成了一種新型抑菌劑，并將其用于硅橡膠用品的改性，提升硅橡膠的長效抑菌防霉性能。試驗結果表明，經過自制新型抑菌劑改性后，硅橡膠用品的抑菌性能得到顯著提升[3]；以載銀二氧化硅為主要改性劑，提升醫用硅橡膠用品的抑菌性能和生物安全性。試驗結果表明，經過改性后的硅橡膠用品對大腸桿菌與金黃色葡萄球菌的抑菌率分別達到100%和66%，溶血率小于5%，細胞毒性為0級，表現出良好的抑菌性能及生物安全性，具有廣闊的臨床應用前景[4]。

本研究認為，增強透明塑料吸入管的抑菌性能，是減少麻醉臨床感染的一個重要研究方向。基于此，本研究以某院正在使用的麻醉吸入管制備為背景，介紹了碳點抑菌劑改性的醫用塑料吸入管材料，并對該改性材料的臨床應用效果進行探討。

1試驗部分

1.1材料與設備

主要材料：乙二胺（AR，利揚化工）；羥丙基甲基纖維素（AR，匯恒生物科技）；醫用塑料（AR，泰瑞豐新材料）。

主要設備：HD-CP150型超聲分散機（環美分析儀器）；RNKJF30L聚四氟乙烯反應釜（瑞尼克科技）；101-A型電熱烘箱（億瑞電熱設備）；FD-503型凍干機（駿德儀器）；JS-300T型高溫硫化機（捷盛機械設備）；LD-DLS90型動態光散射儀（海曼科學儀器）；WAW型萬能力學試驗機（恒克儀器科技）。

1.2試驗方法

1.2.1碳點抑菌劑制備

（1）在燒杯中依次放入100mL去離子水和一定質量乙二胺，充分攪拌使其完全溶解，然后放入一定質量的羥丙基甲基纖維素，在超聲分散機的作用下溶解至溶液澄清；

（2）將混合溶液轉移至聚四氟乙烯反應釜中，密封后置于電熱烘箱內，在一定溫度下恒溫反應一段時間；

（3）反應結束后取出反應釜，自然冷卻至室溫后采用0.45μm針頭式濾膜過濾上清液，然后倒入500Da的透析袋中，在去離子水中進行透析處理，透析時間為3d，在透析過程中，每隔12h更換一次去離子水；

（4）將透析后溶液置于凍干機中進行凍干處理，得到固體粉末即為碳點。

1.2.2抑菌塑料制備

按照一定質量比將制備的碳點和醫用塑料混合均勻，然后在高溫硫化機的作用下熱壓成型，熱壓溫度和時間分別為200℃和5min。熱壓結束后置于室溫條件下自然冷卻，得到抑菌的醫用塑料。

1.3性能測試

1.3.1表面電荷

采用電泳光散射法使用動態光散射儀測試樣品表面zeta電位[5-7]。

1.3.2抑菌性能

將抑菌塑料與細菌共同培養1d，計算抑菌率，表征材料的抑菌性能[8]。

1.3.3力學性能

通過萬能力學試驗機對抑菌塑料力學性能進行分析[9]。

1.3.4生物性能

通過CCK-8法[10-11]檢測細胞在不同濃度樣品中的細胞存活率；參照YY/T1651.1—2019《醫療器械溶血試驗》[12-13]進行溶血試驗。

2結果與討論

2.1碳點制備條件優化

2.1.1乙二胺用量優化

乙二胺用量對碳點表面電荷和產率的影響見圖1。

由圖1可知，乙二胺用量為8%時，碳點表面電荷和產率均達到最高。這是因為乙二胺在體系內主要作為碳源，其用量越多，反應越快越徹底，碳點的表面電荷和產率越高[14-15]。但體系內乙二胺用量過多，碳源量過大，產物的急劇增大，形成較多的碳微球，溶液中—NH2快速減少，碳點表面的—NH2快速減少，表面電荷下降。碳微球在后續試驗過程中被過濾除去，體系碳點含量下降，產率明顯下降[16-17]。因此，選擇乙二胺用量為8%。

2.1.2羥丙基甲基纖維素用量優化

羥丙基甲基纖維素用量對碳點表面電荷和產率的影響見圖2。

由圖2可知，羥丙基甲基纖維素用量為5%時，碳點表面電荷和產率均達到最高。這是因為綏隨體系內羥丙基甲基纖維素用量增加，其聚合物鏈聚集并發生碳化，提供了較多的碳核，同時增加了碳點尺寸，—NH2接枝空間變大，表面電荷和產率均明顯增加[18]。當體系羥丙基甲基纖維素用量過多，碳核極劇增大，體系內生成表面大量接枝—NH2的微碳球。碳微球在后續試驗過程中被過濾除去，體系碳點含量下降，產率明顯下降。因此選擇羥丙基甲基纖維素的用量為5%。

2.2抑菌劑用量優化

以制備的碳點為抑菌劑，以1d抑菌率為指標，對碳點用量進行優化，結果見圖3所示。

由圖3可知，當碳點用量為0.3%時，抑菌塑料的抑菌率基本達到最高。這是因為細菌與碳點表面接枝的—NH3+基團接觸后，表面帶負電荷的細胞膜和細胞壁與—NH3+基團發生靜電作用，破壞了細菌結構，使細菌死亡[19]。但塑料分子內部存在較多的交聯節點，過量纖維素基無法緩釋，因此繼續增加碳點，抑菌塑料抑菌率不再增加[20]。因此，碳點用量為0.3%，此時塑料對大腸桿菌抑菌率約為21.7%，對金黃色葡萄球菌抑菌率約為29.7%，表現出一定的抑菌效果。

2.3抑菌塑料材料性能

2.3.1基礎性能分析

以普通醫用塑料為對照，進一步對制備的抑菌塑料基礎性能進行探討，結果見表1。

由表1可知，本試驗制備的抑菌塑料親水性和力學性能均較普通醫用塑料明顯提升。抑菌塑料水接觸角為81.33°，拉伸強度為8.17MPa，斷裂伸長率為4.1%，撕裂強度為71.47kN/m。親水性升高是因為碳點表面含有許多親水性基團，進入塑料體系后，提升了材料的親水性，使其表面抗細菌粘附能力增強，抑制了生物膜的形成，減少了細菌的粘附。而力學性能的提升則是因為碳點增加了塑料內部分子間的交聯節點，增強了分子間作用力，使其具備良好的力學性能，具備更好的實際應用效果。

2.3.2生物性能分析

進一步對抑菌塑料生物性能進行分析，結果見表2。

由表2可知，抑菌塑料溶血率約為5%，細胞存活率超過95%，表現出良好的生物性能，不具備細胞毒性。這就說明該材料可用于滿嘴吸入管的使用需求。

2.4實際應用方法與效果

2.4.1應用對象

選擇2023年1月～2023年12月入院治療的需要進行全麻手術的60名患者進行試驗，患者年齡區間為45～55歲。納入標準：患者均采用全麻手術，且手術時間超過1h；患者心肺功能正常，不患有重要器官或精神類疾病；患者意識清楚，資料完全，知曉試驗內容并簽署同意書。排除標準：患者患有心肺疾病、重要器官疾病或精神類疾病；患者資料不全，意識不清，或不愿意配合試驗者。

2.4.2試驗方法

將患者平均分為試驗組和對照組，每組30例。試驗組選擇廠家制備的抑菌醫用塑料麻醉吸入管，具體如圖4所示。

對照組采用傳統的麻醉吸入管。兩組均采用同樣的方式對患者進行吸入麻醉處理，且都為插管全身麻醉。麻醉醫師為同一人，且麻醉都采用瑞芬太尼。同時術后抗生素選擇同一藥物，用藥時間相同。

2.4.3評價指標

通過病人術后感染率、麻醉效果進行評價。術后感染率，由醫生根據患者癥狀及相關指標判斷。麻醉效果包括麻醉維持時間和患者蘇醒時間。

2.4.4應用結果分析

（1）麻醉效果分析。對兩組患者麻醉效果進行統計，結果見表3。

由表3可知，兩組患者麻醉維持時間和蘇醒時間差別不大，說明本試驗制備的抑菌塑料不會影響麻藥吸入效果，表現出良好的應用性能。

（2）感染率分析。對兩組患者感染率情況進行統計，結果見表4。

由表4可知，試驗組患者感染率明顯低于對照組。這是因為本試驗制備的抑菌塑料具備一定的抑菌效果，可以有效抑制細菌的滋生，進而減少患者發生感染的情況。

3結語

以本試驗制備的抑菌劑改性塑料為原料制作的吸管表現出良好的抑菌和麻醉吸力效果。具體結論為：

（1）在優化條件下制備的碳點表面電荷較高，具備良好的抑菌效果；

（2）抑菌塑料具備良好的親水性和力學性能，細胞存活率超過95%，滿足其作為醫療器械的相關要求。但溶血率達到5%，不能作為與血液接觸的材料使用；

（3）以抑菌塑料制作的麻醉吸入管的麻醉效果與傳統的麻醉效果沒有顯著變化，但能顯著降低患者感染率，表現出良好的應用效果。由此得出在臨床麻醉中，盡量采用抑菌性的吸入管，而伴隨醫學材料的進步，這類材料也變得越來越可行。

同時，本研究也存在一定的局限，即僅僅是結合自身的臨床觀察，且病例數相對較少，實驗的客觀性還有待進一步驗證，后續將在未來臨床治療中結合更多的案例進行深入探討。自身的臨床觀察，且病例數相對較少，實驗的客觀性還有待進一步驗證，后續將在未來臨床治療中結合更多的案例進行深入探討。