可溶性止血醫(yī)用棉紗布的制備及其性能

錢璐敏， 張 斌,2

(1. 東華大學(xué) 紡織學(xué)院， 上海 201620； 2. 東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 201620)

手術(shù)治療的應(yīng)用越來越多，止血作為手術(shù)最基本操作，越來越受到重視。其中毛細(xì)血管、小靜脈等由于管壁較薄，手術(shù)過程中牽拉和利器切割等都會(huì)導(dǎo)致這類血管破裂，因此，在普通胸外科手術(shù)[1]、肝臟手術(shù)[2]、脾部分切除手術(shù)[3]和盆腔手術(shù)等外科手術(shù)中，大面積的毛細(xì)血管滲血和小靜脈出血等現(xiàn)象比較常見。術(shù)中滲血會(huì)導(dǎo)致手術(shù)視野不清、延長手術(shù)時(shí)間、引發(fā)血腫，嚴(yán)重的還會(huì)引起感染，甚至二次打開手術(shù)部位進(jìn)行止血。傳統(tǒng)的術(shù)中滲血采用紗布填塞法止血，但紗布填塞會(huì)壓迫器官，紗布拆除后會(huì)引發(fā)再出血[4]，且該方法并發(fā)癥的發(fā)生率達(dá)到27%[5]。此外，近年來術(shù)后遺留紗布的醫(yī)療事故時(shí)有發(fā)生，因此紗布填塞法是一種非理想止血手段。目前，可溶性止血紗布被開發(fā)應(yīng)用于針對毛細(xì)血管滲血和小靜脈出血等進(jìn)行止血。

按醫(yī)療器械分類要求，現(xiàn)有的可溶性止血紗布屬于二類和三類醫(yī)療器械，分別用于體表和體內(nèi)，如紗泰祺、尚和、德納泰、西臣力泰和速即紗等品牌。其中，進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格較昂貴，而國內(nèi)產(chǎn)品在溶解、止血和降解等方面存在時(shí)間長等缺陷[6]。目前關(guān)于可溶性止血紗布的研究主要集中在探究制備工藝及止血等性能評價(jià)方面。崔國士等[7]深入研究了可溶性止血紗布的制備工藝，并將其應(yīng)用于兔耳和人體獲得其凝血效果評價(jià)；王劍平[6]以取代度作為主要評價(jià)指標(biāo)，探究了可溶性止血紗布的制備工藝；徐玉茵等[8]通過制作兔肝臟出血模型研究了可溶性止血紗布的止血時(shí)間以及紗布在體內(nèi)的安全性；林奕[9]利用兔肝臟和小鼠斷尾創(chuàng)面止血法對2種不同成分的可溶性止血紗布的止血時(shí)間進(jìn)行了研究。

上述研究均制得了性能較優(yōu)的可溶性止血紗布，且證明了可溶性止血紗布有較好的止血性能和生物安全性，但以動(dòng)物實(shí)驗(yàn)來檢測止血效果，動(dòng)物個(gè)體差異影響檢測結(jié)果，且費(fèi)時(shí)耗財(cái)。用取代度來衡量紗布的溶解性，不僅測試過程復(fù)雜、誤差較大，而且紗布的溶解情況和取代度不呈線性關(guān)系，無法用取代度預(yù)判紗布的溶解性能，直觀性較差。由于可溶性紗布通過溶解起到堵塞血管末端，促進(jìn)血液濃縮，增加血液黏度，減緩血流等作用[10]，因此溶解時(shí)間與止血速率息息相關(guān)，兼顧了測試的精確性和簡便性。因此，本文將溶解時(shí)間引入評價(jià)體系，探討研究可溶性止血醫(yī)用棉紗布的羧甲基化制備工藝參數(shù)對紗布溶解性能的影響，尋求較佳的制備工藝，并對改性前后的可溶性止血紗布進(jìn)行表征。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要材料與試劑

材料：醫(yī)用脫脂棉紗布(平紋，經(jīng)緯紗線密度均為27.8 tex，經(jīng)緯密分別為110、102 根/(10 cm)，曹縣康源醫(yī)用衛(wèi)生材料有限責(zé)任公司)。

試劑：氫氧化鈉(平湖化工試劑廠)，氯乙酸(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，乙酸(上海凌峰化學(xué)試劑有限公司)，無水乙醇(常熟市楊園化工有限公司)。 以上試劑均為分析純。

1.2 主要儀器設(shè)備

TP-114型電子天平(丹佛儀器北京有限公司)，DK-S26型電熱恒溫水浴鍋(上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)，DHG-9 420 A型電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)，Spectrum Two型紅外光譜儀(英國珀金埃爾默公司)，SU8010型冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡(日本日立公司)

1.3 醫(yī)用紗布的羧甲基化改性處理

本文采用溶媒法羧甲基化改性來制備可溶性止血棉紗布[11]，主要流程為：紗布→堿化→醚化→中和、洗滌、烘干→可溶性止血紗布。具體實(shí)驗(yàn)操作為：裁剪質(zhì)量為3 g的紗布，將其平整地置于100 mL乙醇溶液中浸潤10 min，再加入50 mL一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氫氧化鈉溶液，攪拌均勻，在20 ℃下堿化處理一定時(shí)間。取出紗布，擰干，放入含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的40 mL氫氧化鈉溶液和100 mL一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯乙酸溶液的混合液中，在一定溫度下醚化處理一定時(shí)間后，取出紗布，用1 mol/L的乙酸與無水乙醇配成的溶液調(diào)節(jié)紗布pH值至中性，再用80%的乙醇洗滌紗布數(shù)次，烘干后制得可溶性止血紗布。

1.4 可溶性止血紗布溶解性能的測試

準(zhǔn)確稱取0.3 g紗布，放入30 mL蒸餾水中，搖晃使其浸潤紗布，在20 ℃下靜置，觀察紗布完全溶解為均一透明的溶液所需時(shí)間。若溶解1周后溶液中仍存在不溶狀顆粒，則認(rèn)為未完全溶解；若溶解1周后紗布仍為完整形態(tài)，則認(rèn)為不溶解。

1.5 羧甲基基團(tuán)的紅外光譜測試

分別將改性前后的醫(yī)用棉紗布用KBr壓片法制樣，在65 ℃下烘干4 h。采用紅外光譜儀測棉紗布的紅外吸收光譜，掃描范圍為4 000～400 cm-1。

1.6 紗布外觀形貌觀察

采用冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡對改性前后的醫(yī)用棉紗布進(jìn)行表面形態(tài)觀察，測試前樣品進(jìn)行噴金處理，測試時(shí)加速電壓為5 kV。

2 結(jié)果與討論

2.1 堿化工藝的探究

2.1.1 堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

紗布在10%～30%的不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)堿液中堿化30 min后，在溫度為60 ℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.0%的氯乙酸溶液中醚化處理5 h，其中堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為氫氧化鈉在50 mL水中的質(zhì)量百分比。測得紗布的溶解性能如表1所示。

表1 堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對紗布溶解性能影響Tab.1 Influence of mass fraction of sodium hydroxide on solubility of gauze

從表1可看出：當(dāng)堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于15%時(shí)，紗布難以完全溶解；增加堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)，紗布溶解性提高，完全溶解所需時(shí)間減少，在堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，溶解所需時(shí)間最少；繼續(xù)增加堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)，紗布溶解所需時(shí)間增加，溶解性能降低。堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于15%時(shí)，紗布堿化程度較小，生成的堿纖維素較少，不利于后續(xù)醚化反應(yīng)的進(jìn)行，生成的羧甲基纖維素較少，紗布難以完全溶解。當(dāng)堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于15%時(shí)，隨著堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，堿纖維素漸增，促進(jìn)了醚化反應(yīng)的進(jìn)行，紗布溶解性提高，溶解所需的時(shí)間越來越少；當(dāng)堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，紗布的溶解時(shí)間最少，溶解性能最好。但當(dāng)堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過20%時(shí)，纖維素大分子鏈上可堿化的羥基越來越少，堿化難度越來越大；此外，體系中游離堿增多會(huì)使副反應(yīng)加劇，不利于羧甲基化反應(yīng)進(jìn)行。綜合考慮，堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)選為20%較合適。

2.1.2 堿化時(shí)間的影響

紗布在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的堿液中堿化處理5～60 min，在溫度為60 ℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.0%的氯乙酸溶液中醚化處理5 h，不同堿化時(shí)間下紗布的溶解性能如表2所示。

表2 堿化時(shí)間對紗布溶解性能影響Tab.2 Influence of alkalization time on solubility of gauze

從表2可看出：堿化時(shí)間少于15 min時(shí)，紗布未完全溶解或溶解時(shí)間較長；延長堿化時(shí)間，紗布溶解性提高，完全溶解所需的時(shí)間減少；在30 min時(shí)，溶解所需時(shí)間最少；30 min后繼續(xù)延長堿化時(shí)間，紗布溶解性下降。堿化時(shí)間較少時(shí)，紗布未完全堿化，堿化反應(yīng)不充分，生成的堿纖維素較少，致使醚化反應(yīng)生成的羧甲基纖維素較少，紗布未能完全溶解或溶解所需時(shí)間較長。隨著堿化時(shí)間延長，紗布堿化程度增加，醚化生成羧甲基纖維素增多，紗布溶解時(shí)間減少。而堿化時(shí)間大于30 min時(shí)，紗布上可發(fā)生堿化的羥基越來越少，難度越來越大；此外，堿化可使纖維膨脹，纖維素的過度膨脹使紗布結(jié)構(gòu)緊密，纖維間空隙變小，不利于醚化反應(yīng)時(shí)氯乙酸向堿纖維素滲透擴(kuò)散，導(dǎo)致醚化反應(yīng)生成的羧甲基纖維素較少，紗布溶解時(shí)間增加。因此，選擇堿化時(shí)間為30 min較合適。

2.2 醚化工藝的探究

2.2.1 氯乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

紗布在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的堿液中堿化30 min后，在60 ℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%～16.0%的氯乙酸溶液中醚化處理5 h，不同氯乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)下紗布的溶解性能如表3所示。

表3 氯乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對紗布溶解性能影響Tab.3 Influence of mass fraction of chloroacetic acid on solubility of gauze

從表3可看出：當(dāng)氯乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)過大或過小時(shí)，紗布呈不溶解狀態(tài)；在氯乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.5%時(shí)，紗布溶解性能最好，溶解所需時(shí)間最少。氯乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低，紗布堿化后生成的堿纖維素與氯乙酸反應(yīng)生成羧甲基纖維素很少。隨著氯乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，堿纖維素與氯乙酸間的分子碰撞概率增加，反應(yīng)生成羧甲基纖維素漸增，致使紗布溶解時(shí)間減少，溶解性能變好。繼續(xù)增加氯乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)，會(huì)降低反應(yīng)體系pH值，溶液呈弱堿性，不利于親核取代醚化反應(yīng)的進(jìn)行，從而使得生成的羧甲基纖維素減少，紗布的溶解性能變差。因此，選擇氯乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.5%較合適。

2.2.2 醚化時(shí)間的影響

紗布在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的堿液中堿化30 min后，在溫度為60 ℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.5%的氯乙酸溶液中醚化處理1～5 h，不同醚化時(shí)間下紗布的溶解性能如表4所示。

表4 醚化時(shí)間對紗布溶解性能影響Tab.4 Influence of etherification time on solubility of gauze

從表4可看出：當(dāng)醚化時(shí)間少于2 h時(shí)，紗布未完全溶解；當(dāng)醚化時(shí)間大于2 h，隨著醚化時(shí)間延長，紗布溶解時(shí)間減少，溶解性變好，且在4 h時(shí)溶解所需時(shí)間達(dá)到最小值；之后隨著醚化時(shí)間延長，紗布溶解變差，溶解時(shí)間增加。醚化時(shí)間小于2 h時(shí)，紗布未完全溶解，這是因?yàn)槊鸦瘯r(shí)間過短，堿纖維素還未與氯乙酸反應(yīng)，或反應(yīng)度很低，生成的羧甲基纖維素很少，紗布無法溶解。隨著醚化時(shí)間的延長，紗布中越來越多的堿纖維素發(fā)生醚化反應(yīng)生成羧甲基纖維素，紗布溶解時(shí)間減少。之后繼續(xù)增加醚化時(shí)間，會(huì)導(dǎo)致氯乙酸與堿反應(yīng)生成羥乙酸鈉、氯乙酸水解生成羥乙酸等副反應(yīng)增加，溶液中氯乙酸減少，從而使醚化反應(yīng)生成的羧甲基纖維素減少，紗布的溶解時(shí)間增加。因此，選擇醚化時(shí)間4 h較合適。

2.2.3 醚化溫度的影響

紗布在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的堿液中堿化30 min后，在溫度為40～80 ℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.5%的氯乙酸溶液中醚化處理4 h，不同醚化溫度下紗布的溶解性能如表5所示。

表5 醚化溫度對紗布溶解性能影響Tab.5 Influence of etherification temperature on solubility of gauze

從表5可看出：當(dāng)醚化溫度小于50 ℃時(shí)，紗布未溶解或未完全溶解；當(dāng)醚化溫度大于60 ℃時(shí)紗布溶解性變好，溶解時(shí)間逐漸減少，且在70 ℃時(shí)達(dá)到最優(yōu)；之后隨著醚化溫度升高，紗布溶解性變差，溶解時(shí)間增加。醚化溫度小于50 ℃時(shí)，分子運(yùn)動(dòng)不活潑，活性較低，分子間發(fā)生醚化反應(yīng)的程度較低，紗布的溶解性能較差，無法溶解或難以完全溶解。增加醚化溫度，分子動(dòng)能增加，反應(yīng)活潑，堿纖維素的羧甲基化程度增加，因此紗布的溶解時(shí)間大大減少，溶解性能提高，在70 ℃時(shí)溶解時(shí)間達(dá)到最小值，紗布溶解性能最好。此后，升高醚化溫度，使生成的羧甲基纖維素在纖維表面形成羧甲基纖維素鈉(CMC)凝膠層，阻礙醚化劑向堿纖維素的進(jìn)一步滲透擴(kuò)散[12]，導(dǎo)致生成羧甲基纖維素較少且不均勻；此外，溫度升高也增加了副反應(yīng)的發(fā)生，致使紗布溶解性能下降，溶解時(shí)間增加。因此，醚化溫度選為70 ℃較合適。

2.3 羧甲基基團(tuán)的紅外光譜分析

圖1為改性前后醫(yī)用棉紗布的傅里葉變換紅外光譜圖。改性工藝為：棉紗布在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的堿液中堿化30 min后，在溫度為70 ℃、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.5%的氯乙酸溶液中處理4 h。

圖1 醫(yī)用棉紗布的傅里葉變換紅外光譜圖Fig.1 FT-IR spectra of medical cotton gauze

從圖1可看出，未改性醫(yī)用紗布在3 700～3 300 cm-1處呈現(xiàn)強(qiáng)而尖銳的羥基伸縮振動(dòng)形成的特征吸收峰，而改性后醫(yī)用棉紗布由于部分羥基被取代，在該波數(shù)處吸收峰明顯變?nèi)酢８男院筢t(yī)用棉紗布在1 589 cm-1處出現(xiàn)—COOH的特征吸收峰，在1 415 cm-1處出現(xiàn)—CH2形成的伸縮振動(dòng)特征吸收峰，在1 323 cm-1處出現(xiàn)羥基形成的彎曲振動(dòng)吸收峰。由此可判斷，纖維素結(jié)構(gòu)中確實(shí)引入了羧甲基基團(tuán)，表明醫(yī)用棉紗布發(fā)生了羧甲基化反應(yīng)。

2.4 外觀形貌分析

圖2為改性前后醫(yī)用棉紗布放大5 000倍的掃描電子顯微鏡照片。改性工藝為：棉紗布在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的堿液中堿化30 min后，在溫度為70 ℃、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.5%的氯乙酸溶液中處理4 h。

圖2 醫(yī)用棉紗布掃描電子顯微鏡照片(×5 000)Fig.2 SEM images of medical cotton gauze before (a) and after (b) modification(×5 000)

由圖2可看出：未改性醫(yī)用棉紗布中纖維表面毛羽較多，粗糙不光滑，纖維排列較整齊；改性后的醫(yī)用棉紗布纖維直徑增加，這是因?yàn)槔w維經(jīng)羧甲基化改性后，葡萄糖基環(huán)上的部分羥基被羧甲基取代，空間位阻增加，導(dǎo)致纖維素大分子間氫鍵減少[13]，增加了大分子鏈排列的無序性，水易進(jìn)入而膨脹纖維。

3 結(jié) 論

1)通過單因素試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)堿化預(yù)處理時(shí)堿化時(shí)間、堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及醚化改性時(shí)氯乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、醚化時(shí)間和醚化溫度均影響可溶性止血紗布的溶解時(shí)間。隨著堿化預(yù)處理時(shí)堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、堿化時(shí)間以及醚化改性時(shí)氯乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、醚化時(shí)間、醚化溫度的增加，紗布的溶解時(shí)間呈先減少后增加的趨勢。

2)以紗布的溶解時(shí)間為評價(jià)指標(biāo)，確定棉紗布羧甲基化法制備可溶性止血紗布的較優(yōu)工藝：棉紗布用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氫氧化鈉溶液在20 ℃下堿化30 min后，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.5%的堿性氯乙酸乙醇溶液在70 ℃下醚化處理4 h，此時(shí)紗布溶解所需時(shí)間為4 h。

3)紅外光譜分析表明棉紗布發(fā)生了羧甲基化反應(yīng)，掃描電子顯微鏡觀察到棉紗布羧甲基化后纖維直徑增加。

FZXB