白芨/聚乳酸血復(fù)合膜的制備及性能測試

鞏桂芬, 曹景飛, 徐阿文, 荀陽艦

(哈爾濱理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150040)

白芨,是發(fā)源于我國長江流域的一種傳統(tǒng)中草藥材,早在中國明代《本草綱目》中就有記載,有止血抗菌、消腫生肌之功效,早在很久之前就被人們用作止血良藥.白芨多糖是從白芨塊莖中提取出來的一種多糖,是止血生肌的有效成分,具有良好的生物相容性和可降解性,是現(xiàn)代醫(yī)藥學(xué)中的研究熱點(diǎn)[1-3].聚乳酸(PLA)作為一種綜合性能優(yōu)異的綠色環(huán)保材料,具有生物相容性和可降解性,且具有良好的加工性[4].

靜電紡絲技術(shù)自被發(fā)明以來,由于其制成的無紡布具有納米級三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)備受研究者追捧.靜電紡絲,即利用高壓靜電作用對針頭處液滴拉伸牽引形成納米級細(xì)絲,最后收集到滾筒上的一種成型工藝,此工藝制成的膜具有比表面積大、孔隙率高等特點(diǎn)[5-6].無紡布獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu)成為多種領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),包括電池隔膜[7-8]、空氣過濾[9]、藥物傳送[10]等領(lǐng)域.

本研究采用高壓靜電紡絲技術(shù),制備出微納米級、高孔隙率的PLA無紡布,并用了超聲技術(shù)使白芨多糖充分運(yùn)動填充無紡布的孔隙,再通過熱壓的方法使白芨多糖固定在孔隙中.對白芨/PLA復(fù)合膜的微觀結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)特征峰、力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、止血性能和愈合性能進(jìn)行表征.

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 主要原料

白芨塊莖切片,百杏林中藥堂;PLA,分析純,上海麥克林生化科技有限公司;二氯甲烷,分析純,天津市富宇精細(xì)化工有限公司;N-N二甲基甲酰胺,分析純,天津市富宇精細(xì)化工有限公司;無水乙醇(98%),分析純,天津市天力化學(xué)試劑有限公司.

1.2 儀器與設(shè)備

高壓靜電紡絲機(jī),實(shí)驗(yàn)室自制;AVATAR370紅外光譜儀,美國ThermoNicolet公司;WDS-5萬能拉伸試驗(yàn)機(jī),昆山市順諾儀器有限公司;Pyris6TGA熱重分析(TG)儀,PerkinElmer公司;SIRION200掃描電子顯微鏡,荷蘭飛利浦公司.

1.3 白芨多糖的提取

1.4 PLA無紡布的制備

在常溫常壓下稱取一定量PLA粒料,將二甲基甲酰胺,二氯甲烷以一定比例加入500 mL試劑瓶中,磁力攪拌24 h,至 PLA粒料完全溶解,得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的半透明紡絲液.然后在出液速率為7 mL·h-1,電壓為23.24 kV的條件下,紡制30 min,制成厚度為65 μm的PLA無紡布.

1.5 復(fù)合止血膜的制備

稱取一定量的白芨多糖粉末置于裝有蒸餾水的三口瓶中,分別配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%,4%,6%,8%和10%的白芨多糖溶液,40 ℃恒溫水浴下進(jìn)行超聲攪拌,直至粉末完全溶解,得到浸漬液a,b,c,d和e.將制得的PLA膜分別浸入浸漬液a,b,c,d和e 中超聲1 h后, 取出平鋪于聚四氟乙烯板上,于50 ℃烘箱內(nèi)熱壓30 min,使浸漬液充分浸漬PLA膜,得到不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的復(fù)合膜.

1.6 復(fù)合止血膜的表征

將純PLA膜、復(fù)合膜分別制成小樣,利用掃描電子顯微鏡對樣品進(jìn)行微觀形貌觀察,將樣品放大1 000倍和2 000倍,觀察浸漬液對PLA薄膜結(jié)構(gòu)的影響; 對白芨粉末和復(fù)合膜用傅里葉紅外光譜儀進(jìn)行紅外光譜分析,用表面官能團(tuán)確定是否復(fù)合成功;將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的復(fù)合止血膜和純PLA膜制成尺寸為120 mm×10 mm的樣條,使用萬能拉伸試樣機(jī)對樣條進(jìn)行拉伸測試,對比得出復(fù)合膜力學(xué)性能上的變化; 稱取5～10 mg,使用熱重分析儀探尋復(fù)合薄膜的分解溫度,探求其熱穩(wěn)定性及適用溫度,設(shè)置升溫范圍為30～600 ℃,升溫速率為10 ℃·min-1.

對分組后的試驗(yàn)兔及時進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)兔以10%水合氯醛按體質(zhì)量1 000 g給予1 mL腹腔注射淺麻醉,5～6 min后進(jìn)行兔固定臺固定,對麻醉后每組試驗(yàn)兔左右外耳,背部主動靜脈部位以剃毛刀,手術(shù)刀備皮3 cm×3 cm,取最佳部位(動靜脈明顯)以手術(shù)刀做1 cm×1 cm方型4個創(chuàng)面(深度以見到靜動脈血管為準(zhǔn)),隨即用PLA止血膜覆蓋創(chuàng)面,并用帶抗凝血劑的試管收集外溢血液,生理鹽水沖洗創(chuàng)面(本試驗(yàn)組只記錄止血時間或者以試驗(yàn)前后體質(zhì)量比較計算失血量),以計時器記錄止血時間和計算失血量(創(chuàng)面未滲出任何血為止);觀察止血性能測試中受試兔子的愈合情況并記錄數(shù)據(jù),以此得出復(fù)合止血膜對傷口愈合的影響情況.

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合膜的形貌

對純PLA膜和浸漬液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的白芨/PLA復(fù)合膜進(jìn)行SEM分析,結(jié)果如圖1所示.

圖1 SEM觀察圖像

圖1a,b分別為1 000倍下PLA和白芨/PLA復(fù)合膜掃描電鏡圖.從圖中可以看到,純的PLA膜呈現(xiàn)出復(fù)雜的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),孔隙較多,而且孔徑較大.白芨/PLA復(fù)合膜呈山脈型,白芨多糖充分填充于PLA膜的立體孔隙之中,并且成功的附著在聚乳酸骨架上,與純聚乳酸膜相比,基本無孔隙,并且結(jié)構(gòu)緊密.

2.2 復(fù)合膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)分析

白芨粉末和復(fù)合膜的紅外光譜圖如圖2所示.

圖2 白芨粉末和復(fù)合膜紅外光譜圖

圖2中白芨提取物粉末的紅外曲線在4 100～1 000 cm-1的波數(shù)范圍內(nèi),在3 303 cm-1附近的是羥基的伸縮振動吸收峰,在2 891 cm-1附近的是亞甲基的伸縮振動吸收峰,在1 730 cm-1處,是碳碳雙鍵的振動吸收峰,1 653 cm-1處是羰基的振動吸收峰,1 512 cm-1和3 048 cm-1處是苯環(huán)的振動吸收峰.菲類、醌類、聯(lián)芐類、二氫菲并吡喃類、聯(lián)菲類均由苯環(huán),雙鍵以及羰基組成[11],由圖可以確定為白芨多糖的成分.

近年來因各種原因造成的燒傷患者數(shù)量日益增多，且燒傷面積越大，常需進(jìn)行多次手術(shù)[1]。反復(fù)的氣管插管在造成氣道損傷的同時還會引起強(qiáng)烈的應(yīng)激反應(yīng)，不利于圍手術(shù)期的恢復(fù)。喉罩作為一種新型氣道管理方式，無需喉鏡暴露聲門，置入方便，能有效分割患者的消化道和呼吸道，預(yù)防反流誤吸，血流動力學(xué)影響小[2]，對于燒傷患者圍手術(shù)期氣道保護(hù)、降低不良反應(yīng)都極為有利。本研究旨在探討喉罩與氣管插管用于燒傷手術(shù)麻醉的安全性及優(yōu)越性。

復(fù)合薄膜在2 994 cm-1和2 946 cm-1處是亞甲基的振動吸收峰,在1 751 cm-1處有一較強(qiáng)吸收峰為碳碳雙鍵吸收峰,1 185 cm-1處為為碳氧單鍵振動吸收峰,1 455 cm-1處為碳?xì)鋯捂I振動吸收峰,1 355 cm-1處為甲基振動吸收峰,1 654 cm-1處為羰基振動吸收峰,1 512 cm-1處和3 050 cm-1處為苯環(huán)的振動吸收峰,由此可以證明白芨多糖與PLA膜成功復(fù)合.

2.3 復(fù)合膜的拉伸性能分析

不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)浸漬液條件下復(fù)合薄膜的拉伸強(qiáng)度如圖3所示.

圖3 浸漬液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對復(fù)合膜力學(xué)性能的影響

測試結(jié)果表明:所有浸漬液質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的復(fù)合膜拉伸強(qiáng)度均高于純PLA膜,當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于8%時,復(fù)合膜的最大拉伸強(qiáng)度隨浸漬液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的上升而上升,在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%時達(dá)到最大值,為9.512 MPa,這是因?yàn)榘总改z液填充PLA膜的三維孔隙,使復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)緊密,從而增加了其力學(xué)性能.但當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時,復(fù)合膜的最大拉伸強(qiáng)度有所下降,這是因?yàn)楸∧の樟烁哔|(zhì)量分?jǐn)?shù)浸漬液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%)經(jīng)干燥后,質(zhì)脆的白芨固含量過高,導(dǎo)致復(fù)合膜的脆性增加,機(jī)械性能下降.

2.4 復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性分析

復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性決定了它的適用范圍, PLA膜和白芨/PLA復(fù)合膜的TG曲線如圖4所示.

圖4 PLA膜和白芨/PLA復(fù)合膜的熱重曲線

由圖4可以看出,相比于純PLA薄膜,復(fù)合薄膜在100 ℃之前失重較多,原因是復(fù)合膜之中的游離水受熱蒸發(fā).白芨多糖具有吸水性,這一特點(diǎn)使復(fù)合膜有一定的含水量,能夠使復(fù)合膜中的有效成分更快進(jìn)入創(chuàng)口組織細(xì)胞,對受創(chuàng)傷口迅速起效.

為了應(yīng)用于人體,復(fù)合膜應(yīng)該在常溫下保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,從TG曲線中可以看出,在80 ℃以下,白芨/PLA復(fù)合膜熱力學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,便于正常儲存、運(yùn)輸與使用.

2.5 復(fù)合膜的止血性能分析

對白芨/PLA復(fù)合止血膜的止血性能進(jìn)行測試,采用動物試驗(yàn)的方法進(jìn)行表征,結(jié)果如表1-3所示,其中表1,2分別為浸漬液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%和10%下的止血測試結(jié)果,表3作為空白對照組,為生理鹽水沖洗下的止血測試結(jié)果.

表1 浸漬液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%下止血測試

注:體質(zhì)量1.90 kg; 10%水合氯醛2.8 mL背部進(jìn)入肌肉層.

表2 10%浸漬液質(zhì)量分?jǐn)?shù)下止血測試

注:體質(zhì)量1.97 kg;10%水合氯醛3 mL背部進(jìn)入肌肉層.

表3 生理鹽水沖洗下止血測試

注:體質(zhì)量2.60 kg;10%水合氯醛3.9 mL背部進(jìn)入肌肉層.

由表1,2可以看出,相對于表3空白對照組,兩組試驗(yàn)組,動脈與靜脈出血時間與出血量均顯著減少,當(dāng)浸漬液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時,靜脈出血時間平均減少至原來的35.7%,出血量平均減少至43.8%,動脈出血時間平均減少至56.3%,出血量平均減少至50.3%;當(dāng)浸漬液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時,靜脈出血時間平均減少至24.9%,出血量平均減少至31.3%,動脈出血時間平均減少至44.7%,出血量平均減少至26.3%.其次,不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的浸漬液對止血效果亦有顯著影響,相比于A組的測試數(shù)據(jù),B組靜脈平均出血時間降低至原來的69.7%,平均失血量降低至71.4%;動脈平均出血時間降低至79.4%,平均失血量降低至 52.3%.

綜上所述,白芨/PLA復(fù)合止血膜有著優(yōu)秀的止血性能,可以降低止血時間,減少止血量,且其止血能力隨著浸漬液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的上升而上升.

2.6 復(fù)合膜的愈合性能分析

經(jīng)過止血性能動物試驗(yàn)后,在相同的痊愈環(huán)境下,對用浸漬液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的止血復(fù)合膜和生理鹽水的受試兔子分別進(jìn)行連續(xù)10 d的右耳動脈創(chuàng)口觀察,從而對白芨/PLA復(fù)合膜的愈合性能進(jìn)行分析.圖5分別為第1,5和10 天兩組創(chuàng)口圖片.

圖5 右耳動脈創(chuàng)口愈合圖

經(jīng)過動物試驗(yàn)后連續(xù)10 d的觀察,在相同的痊愈環(huán)境下,生理鹽水組傷口并無肉眼可見的愈合跡象,在接下來的幾天仍有少量出血,且其創(chuàng)口有些許感染跡象,而從白芨組可以明顯看出,第10天時創(chuàng)口表面有毛發(fā)長出,且創(chuàng)口跡象幾近消失,對比對照組來說有明顯痊愈,說明組織細(xì)胞生長迅速.由此可以證明,白芨/PLA復(fù)合止血膜可以大大減少生物創(chuàng)口愈合時間,促進(jìn)生物組織生長,減少留疤幾率.

3 結(jié) 論

1) 通過微觀形貌觀察和化學(xué)結(jié)構(gòu)分析,超聲和熱壓工藝使白芨多糖充分填充PLA膜的三維孔隙.

2) 白芨多糖浸漬液質(zhì)量分?jǐn)?shù)在8%以下時,復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度隨著浸漬液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而上升,質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%以上時,因固體含量過高而強(qiáng)度下降.質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%時拉伸強(qiáng)度最高為9.512 MPa,且在80 ℃下熱穩(wěn)定性良好,滿足生活中作為止血貼的正常使用.

3) 經(jīng)過動物止血性能試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)白芨/PLA止血膜對靜脈與動脈創(chuàng)口均有良好的止血性能.止血時間和出血量相比于空白生理鹽水對照組均顯著減少,止血性能的強(qiáng)弱隨浸漬液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而增加.

4) 止血性能試驗(yàn)過后,觀察止血膜組傷口情況良好,而未使用止血膜的試驗(yàn)組傷口仍持續(xù)流血幾天,傷口未有好轉(zhuǎn)跡象,說明本止血膜能夠促進(jìn)創(chuàng)口愈合,避免傷口感染.