面部皮膚缺損修復改性水凝膠皮瓣材料特性及應用

中圖分類號：TQ431.3 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）05-0085-05

Abstract：For the repair treatment of facial skin defects ，methacryloylated gelatin hydrogels were prepared with gelatinand methacrylic anhydride，and then nano-zno modification was caried out.Then，combined with 3D printing technology，a hydrogelflap material was prepared，and its properties were explored.Theresults showedthat the preferred nano-zno solution was 12% and the mass concentration of nano-zno was 50mg/L ，and the hydrogel flap material could be light-cured within 1min ，with good rapid gelation performance，swelling ratio of more than 1000% ，the average diameter of the inhibition zone reaching 0.6mm ，and good cell activity in vitro.The hydrogel flap material preparedunder optimalconditions hadagood efect in the clinical application offacial skin defect repair，with an excellent wound healing rate of 91. 30% ，a healing time of （ 15.36±2.58 ） days，and an improvement in postoperative scar hyperplasia and postoperative satisfaction of 97.83% . In conclusion，this hydrogel flap material can provide a certain data basis for the development of facial skin defect repair treatment.

Key words ：methacryloyl；gelatin ；nano-zno ；hydrogel flap material；antibacterial circle

由于長期紫外線照射、意外傷害或各種疾病的影響，人們的面部皮膚受到損傷。人體面部有著較多的美容部位，比如面頰部、鼻部等，且人體面部皮膚通常有著較多細小肌肉組織[1-2]。在臨床上，各種較大面積皮膚缺損很難做到自體修復，且在愈合后常常會有瘢痕等存在，這會嚴重影響修復效果和患者心理。因此，人們對面部皮膚修復材料的要求較多，比如柔韌度、光澤、抗菌性等。目前，關于皮膚缺損修復已經開始使用各種皮瓣材料、人工真皮等。例如，甲基丙烯酸酐化明膠有著較好的機械性能、生物相容性、快速凝膠性等，屬于一種較為理想的人工真皮替代物材料[34]。對此，李媛媛等使用丙烯選化方式進行甲基丙烯酸酐化明膠的制備，并以此作為生物墨水進行活體組織打印。試驗結果表明，甲基丙烯酸酐化殼聚糖水凝膠彈性模量增強，力學性能和物質性質良好[5]。徐鑫等使用脫細胞真皮基質碎片和胃蛋白酶等材料，制備一種脫細胞真皮基質水凝膠，該材料在生物相容性方面以及細胞相容性方面表現良好，對組織修補和填充材料的發展具有重要意義[。王珮華等使用了鼻唇溝皮瓣分區修補的方法對外鼻的部分缺損進行修復，為不同外鼻缺損部位提供創面大小選擇參考[7]。納米氧化鋅有著良好的抗菌效果，試驗以納米氧化鋅對甲基丙烯酸酐化明膠進行改性，并結合3D打印技術，制備一種可適用于面部皮膚缺損修復的皮瓣材料，旨在提高皮瓣材料的抗菌性能、生物相容性等。

1 試驗部分

1.1 主要原料

甲基丙烯酸酐（工業純，普樂司生物）；明膠（AR，鵬宇生物）；光引發劑LAP（AR，凱發新材料）；胎牛血清（標準品，西亞化學）；納米氧化鋅溶液（ 1500mg/L 瑞森新材料）。

1.2 儀器與設備

YP1002型電子天平（越平科學儀器）；DF-101S型磁力攪拌器（赫名儀器）；752型分光光度計（鉑溫儀器）；HD-SY96型酶標儀（霍爾德儀器）；JIDI-20D型高速離心機（吉迪儀器）。

1.3 試驗方法

先制備甲基丙烯酰化明膠水凝膠，然后使用納米氧化鋅對其進行改性，再結合3D打印技術打印真皮構建體，即可得皮辨材料。

1.3.1 水凝膠預聚液的制備

（1）通過電子天平準確稱量明膠 37.5g ，與300mL pH值為7.4的磷酸鹽緩沖溶液在加熱條件下混合；

（2）在 30min 內，將水浴溫度控制在 50% ，向步驟（1）的混合溶液中緩慢滴加 21.74mL 的甲基丙烯酸酐溶液。再加入適量氫氧化鈉溶液將混合溶液的 pH值調到7.5左右，并在水浴 條件下使混合溶液進行反應

（3）冷卻后，將混合溶液裝人14000分子量的透析袋中，結合適量去離子水進行攪拌透析處理3d。再離心、旋轉蒸發，得濃縮溶液；

（4）通過冰箱冷凍濃縮溶液，然后使用冷凍干燥機對濃縮溶液冰塊進行干燥2d，得甲基丙烯酰化明膠材料；

（5）將適量甲基丙烯酰化明膠材料與微量 的光交聯劑一起添加到磷酸鹽緩沖溶液中。在水浴加熱 條件下溶解，然后以 進行離心 5min 。該步驟整個過程均注意避光。最后獲得水凝膠預聚液，放入冰箱避光貯存，備用[8-9] ○

1.3.2 皮辨材料的制備

（1）將適量水凝膠預聚液在水浴加熱 37degreeC 條件下保持 30min ，再添加適量濃度為 50mg/L 的納米氧化鋅溶液。以震蕩的方式混合均勻，得納米氧化鋅改性水凝膠預聚液；

（2）將納米氧化鋅改性水凝膠預聚液添加到3D打印裝置的無菌打印筒中，進行3D打印。將真皮構建體的模型參數設定為圓柱體，直徑 70mm ，層高 2mm ，細絲間距 3.0mm 。3D打印過程中工藝參數設定為：控溫條件 ，打印速度 8mm/s ，針頭直徑0.21mm，打印氣壓0.15 MPa[10-11]；

（3）對打印完成的材料進行藍光光照處理，得皮瓣材料，放入高糖DMEM培養基中保存。

1.4性能測試與表征

1.4.1 溶脹比

將皮瓣材料試樣浸沒到磷酸鹽緩沖溶液中，在恒溫 環境下放置 。再取出，吸干材料表面多余的磷酸鹽緩沖溶液，稱重記錄，記為 。之后，再將試樣干燥，稱重記錄，記為 。然后計算皮瓣材料溶脹比，公式[12-13]為：

式中： 為溶脹后材料質量， 為溶脹前材料質量， ？g 0

1.4.2 光照固化時間

將 160μL 的納米氧化鋅改性水凝膠預聚液平鋪到48孔板中，進行藍光光照處理，分析材料的光照固化時間。

1.4.3 體外細胞活性

將 160μL 的納米氧化鋅改性水凝膠預聚液平鋪到48孔板中，進行藍光光照 30min ，形成水凝膠支架。然后將胎牛血清接種到水凝膠上，一起放入高糖DMEM培養基中培養一定時間。使用CCK-8細胞計數試劑對孔板中樣品進行處理，孵育 。之后，再吸取轉移到一個96孔板中，并通過分光光度計和酶標儀對其中的溶液 450nm 吸光度進行測試，進而分析材料體外細胞活性。

1.4.4 抗菌性能

將 160μL 的納米氧化鋅改性水凝膠預聚液平鋪到一個48孔板中，進行藍光光照 30min ，形成水凝膠支架。再配制 CFU/L的金黃色葡萄球菌菌懸液。將 70μL 菌懸液涂布到 M-H 平板上，再將水凝膠支架平鋪到 M-H 平板上，在恒溫 環境中培養1d，對平板上的抑菌圈進行觀察并測量，

2 結果與討論

2.1 溶脹比分析

皮瓣材料溶脹比分析如圖1所示。

由圖1可知，當在制備皮瓣材料過程中納米氧化鋅溶液添加量逐漸增大時，皮瓣材料溶脹比出現逐漸降低的變化。可以看到，納米氧化鋅溶液添加量為 8% 以及 12% 的皮瓣材料溶脹比均較大，保持在1 00% 以上。這說明，當納米氧化鋅溶液添加量為 8% 以及 12% 時，皮瓣材料的保水性能較為優異。當納米氧化鋅溶液添加量為 16% 和 20% 時，皮瓣材料溶脹比均較小。特別是添加 20% 納米氧化鋅溶液所制備的皮瓣材料，其溶脹比最小，僅為 536.5% 。但此時，該皮瓣材料依然有著良好的吸水性能。這些變化說明，在不同納米氧化鋅溶液添加量下制備的皮瓣材料均有著良好的溶脹率，吸水性能良好。因此，當這種皮瓣材料應用到面部皮膚缺損修復中時，缺損出的細胞可以在較為濕潤的壞境中生長，這有利于面部皮膚的修復[14-16] 。

2.2 光照固化時間分析

皮瓣材料光照固化時間分析如圖2所示。

由圖2可知，隨著制作皮瓣材料過程中納米氧化鋅溶液添加量的增加，皮瓣材料光照固化時間在整體上表現出縮短的趨勢。在納米氧化鋅溶液添加量 8% ～20% 時，各皮瓣材料的光照固化時間均不超過2min。其中，當納米氧化鋅溶液添加量為 16% 和 20% 時，各皮瓣材料的光照固化時間均低于 1min 。由此可見，納米氧化鋅溶液的添加，在一定程度上可以縮短皮瓣材料光照固化時間。試驗制備的各皮瓣材料均可以在較短時間內進行光照交聯，有著快速凝膠化特性。

2.3 體外細胞活性分析

根據2.1和2.2，為保證皮瓣材料的保水性以及快速凝膠化特性，將納米氧化鋅溶液添加量確定為 12% 。然后，考察不同的納米氧化鋅溶液濃度對皮瓣材料性能的影響，結果如圖3所示。

由圖3可知，隨著培養天數的增加，各皮瓣材料在 450nm 處的吸光度值均呈現不斷增加的現象。這說明，在7d培養時間內，細胞的增殖活性隨著培養天數的增加而增強。除此之外，當培養天數一定時，隨著納米氧化鋅溶液質量濃度的增加，皮瓣材料在 450nm 處的吸光度值呈現出先升后降的現象。可以看到，當納米氧化鋅溶液質量濃度為 50mg/L 時，各皮瓣材料在培養4d和7d時均表現出較高的吸光度值，細胞增殖活性較好，且均優于不含納米氧化鋅溶液的空白對照組。由此可見，在皮瓣材料的制備過程中，納米氧化鋅溶液的質量濃度為50mg/L 較好。此時皮瓣材料擁有良好的體外細胞活性，對細胞或組織器官毒性較小。

2.4 抗菌性能分析

在納米氧化鋅溶液添加量為 12% 基礎上，對不同納米氧化鋅溶液濃度的皮瓣材料抑菌圈大小進行觀察，進而對皮瓣材料抗菌性能進行分析，如圖4所示。

由圖4可知，隨著在皮瓣材料制備過程中納米氧化鋅溶液濃度的增大，皮瓣材料的抑菌圈平均直徑在整體上不斷增大。當皮瓣材料中不添加納米氧化鋅溶液時，空白對比試樣的抑菌圈不明顯。當在皮瓣材料中添加的納米氧化鋅溶液質量濃度為 25mg/L 時，材料抑菌圈開始明顯，平均直徑為 0.3mm 。當納米氧化鋅質量濃度增大到 50mg/L 時，皮瓣材料的抑菌圈平均直徑也增大到 0.6mm 。特別是當納米氧化鋅濃度增大到100mg/L時，皮瓣材料的抑菌圈平均直徑最大，達到 1.2mm 。這些數據說明，納米氧化鋅的添加對這種水凝膠皮瓣材料的抗菌性能有利。這是因為，納米氧化鋅本身是一種高效的抗菌性物質，其粒徑較小，表面積較大。這些納米氧化鋅可以進入到細菌內部，能夠和細菌表面或者內部的一些特定蛋白基團、DNA等結合，進而使細菌表面被破壞，細菌復制被抑制。因此，病原體的代謝功能受到抑制，因此，細菌逐漸被殺滅，而細菌感染情況減少[17-20]。綜上，優選納米氧化鋅溶液質量濃度為 50mg/L ，此時制備的皮瓣材料抗菌性能良好，在面部皮膚的缺損修補治療中可以達到減少傷口感染的效果。

2.5 應用效果分析

2.5.1 應用對象

根據以上試驗結果，按照 12% 體積添加量，以納米氧化鋅質量濃度為 50mg/L 的納米氧化鋅溶液對甲基丙烯酰化明膠水凝膠進行改性，并結合3D打印技術制備可適用于面部皮膚缺損修補的皮瓣材料。選取在2022年6月到2023年12月在我院進行面部皮膚缺損修補治療的患者92例。并進行隨機分組，對照組和試驗組的面部皮膚缺損修補治療患者例數均為46例。患者納入標準為：（1）知曉且自愿同意參與本研究；（2）患者年齡在 18～60 歲；（3）在面部受傷6h內接受面部手術治療；（4）患者均為面部皮膚缺損。患者排除標準為：（1）曾接受過同類手術治療；（2）患者有精神類疾病或感染類疾病；（3）患者的心、肝、腎功能嚴重異常。

2.5.2 應用方法

在面部皮膚缺損修補治療中，對照組的各患者均通過普通皮瓣修復術治療，試驗組的各患者則均通過研究中的納米氧化鋅改性甲基丙烯酰化明膠水凝膠皮瓣材料進行治療。各組患者換藥日期、包扎固定方式等均無差異。

2.5.3 應用觀察及指標

創面愈合情況：根據患者面部皮膚缺損修補治療手術中的創面愈合治療和時間等，對創面愈合情況進行評價，具體分為優、良、差3個等級。并以此計算創面愈合優良率。

創面瘢痕增生情況：根據溫哥華瘢痕量表，對各組患者術后一定時間的創面瘢痕增生情況進行VSS評價。該評價采用Linker六級評分，即0～5分。VSS評分越高，則代表患者術后一定時間的創面瘢痕增生情況越嚴重。

患者滿意度情況：采用調查問卷的方式，對面部皮膚缺損修補治療手術術后6個月的患者進行滿意度訪問。該評價總分設定為10分，其中，低于6分為不滿意；6～7分表示滿意； 8～10 分表示非常滿意。以此計算患者滿意度。

本研究中各數據均使用 SPSS25.0 軟件進行處理，其中，“ 表示各組數據差異存在統計學意義。

2.5.4 應用效果

表1、表2和表3依次為各組于我院接受面部皮膚缺損修補治療的患者的術后創面愈合情況、VSS評分情況以及患者滿意度情況。

表2術后VSS評分Tab.2 PostoperativeVSS score

結合表1、表2以及表3可知，使用研究中的納米氧化鋅改性甲基丙烯酰化明膠水凝膠皮瓣材料進行治療的患者術后愈合優良率為91. 30% ，愈合時間為1 15.36±2.58 ）d，均優于對照組。且試驗組患者在術后3個月以及術后6個月的VSS評分均低于對照組，創面瘢痕增生情況良好。在患者滿意度方面，試驗組患者術后滿意度達到 97.83% ，高于對照組。這種納米氧化鋅改性甲基丙烯酰化明膠水凝膠皮瓣材料在面部皮膚的缺損修補治療中臨床應用效果良好，可為面部皮膚缺損修補治療的發展提供參考。

3結語

（1）不同納米氧化鋅溶液添加量的皮瓣材料均擁有良好的保水性能，光照固化時間低于 2min 。優選納米氧化鋅溶液添加量為 12% ：

（2）隨著納米氧化鋅質量濃度的增加，皮瓣材料的 450nm 吸光度值先升后降。當納米氧化鋅溶液的質量濃度為 50mg/L 時，皮瓣材料體外細胞活性最佳，細胞毒性較小，且此時抑菌圈平均直徑達到0.6mm ，抗菌性能良好；

③以 12% 添加量添加納米氧化鋅溶液、納米氧化鋅質量濃度為 50mg/L 時，制備的皮瓣材料在面部皮膚缺損修補治療中效果良好，可為面部皮膚缺損修補治療的發展提供一定參考。

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（責任編輯：蘇幔）