介孔二氧化硅復(fù)合水凝膠止血材料的制備及粘附性能測(cè)試與應(yīng)用效果

楊育紅，郝海紅，楊秀榮，宋香全

(1.邢臺(tái)市第三醫(yī)院，河北 邢臺(tái) 054001； 2.邢臺(tái)醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，河北 邢臺(tái) 054000)

術(shù)后的外傷創(chuàng)口止血問(wèn)題是外科手術(shù)常見(jiàn)的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的縫合止血其弊端在于止血效果慢，容易出現(xiàn)感染，因此局部止血?jiǎng)┏蔀榕R床醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)。目前，主要的局部止血材料大量采用一些高科技材料，其中包括明膠海綿、纖維蛋白膠等，這類材料止血效果好，具有良好的抗菌性和消炎作用。基于該類材料的作用，結(jié)合我院重癥醫(yī)學(xué)科2021年5月～2022年7月手術(shù)的部分重癥手術(shù)患者腹部傷口采用的止血凝膠材料效果進(jìn)行回歸性分析，現(xiàn)報(bào)道如下：

1 材料與方法

1.1 材料的制備

對(duì)照組采用傳統(tǒng)縫合止血方式，先用生理鹽水對(duì)傷口進(jìn)行清洗；然后對(duì)傷口進(jìn)行縫合。

實(shí)驗(yàn)組則是在傷口處涂抹止血的凝膠材料。本研究采用的凝膠材料其組分包括：十六碳烯-1-乙酸(HAD)、P123、HCl、氨水(NH3·H2O)、異丙醇(IPA)、正硅酸乙酯(TEOS)、丙烯酰胺(AAM)、過(guò)硫酸銨(APS)、四甲基乙二胺(TEMED)、2,2-二苯基-1-苦基肼(DPPH)，等。首先制備介孔二氧化硅，然后制備Ag/介孔二氧化硅復(fù)合水凝膠止血材料。

1.1.1介孔二氧化硅的制備

通過(guò)溶膠-凝膠法制作介孔二氧化硅球。在制作過(guò)程中，利用硅源和催化劑獲得介孔二氧化硅材料，以表面活性劑作為介孔材料的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑。介孔二氧化硅材料經(jīng)由水解、縮合、老化等處理過(guò)程而制得溶膠凝膠，其后經(jīng)過(guò)干燥、煅燒等處理過(guò)程，即可獲得介孔材料。

在實(shí)際操作中，首先稱取5.1 g十六碳烯-1-乙酸(HAD)置于稱量紙上，HAD在制備工藝中發(fā)揮表面活性劑的作用。之后，將HAD倒入350 mL去離子水中，并利用超聲波USC進(jìn)行振動(dòng)以輔助溶解。然后，將382 mL異丙醇溶液(IPA)加入到HAD混合液中，對(duì)混合液進(jìn)行水浴加熱并持續(xù)攪拌，逐步提高水浴溫度至60 ℃，期間看到原本乳白色的混合液逐漸變得透明。待混合液變得透明清澈以后，將2.5 mL氨水加入混合液中，并保持60 ℃恒溫條件持續(xù)攪拌1 h，之后添加27.07 g硅源正硅酸乙酯(TEOS)，繼續(xù)攪拌15 h直至充分反應(yīng)。待反應(yīng)結(jié)束，從水浴鍋中取出混合液自然冷卻，對(duì)冷卻后的混合液進(jìn)行多次離心、洗滌操作，然后轉(zhuǎn)移到烘箱內(nèi)進(jìn)行干燥，即可得到白色粉末狀產(chǎn)物。最后，把白色粉末加入馬弗爐內(nèi)，設(shè)定溫度550 ℃進(jìn)行煅燒，最終制備出介孔二氧化硅。

1.1.2Ag/介孔二氧化硅復(fù)合水凝膠止血材料的制備

本次試驗(yàn)采取離子交換法制備Ag/介孔二氧化硅。把適量介孔二氧化硅粉末添加到500 mL濃度為 0.1 mol/L的硝酸銀溶液內(nèi)，在陰暗、常溫環(huán)境中持續(xù)攪拌8 h，經(jīng)離心處理獲得產(chǎn)品，將之轉(zhuǎn)移至60 ℃烘干機(jī)內(nèi)，經(jīng)過(guò)6 h烘干即可獲得Ag/介孔二氧化硅樣品。

在上述制備的基礎(chǔ)上，凝膠材料通過(guò)抗菌性和粘附性能對(duì)材料進(jìn)行了測(cè)定。

1)抗菌性能測(cè)試

凝膠廠家通過(guò)選用大腸桿菌進(jìn)行抗菌性能測(cè)試。第1步是要激活細(xì)菌，把20 μL細(xì)菌添加至2 mL培養(yǎng)液內(nèi)，在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)24 h。第2步是實(shí)現(xiàn)細(xì)菌的傳代培養(yǎng)，分別量取100 μL的培養(yǎng)基各自加入96孔板的孔洞中，之后將4 μL的樣品浸泡液注入第1個(gè)孔，并用移液槍吹打混合液使之混勻，然后對(duì)樣品浸泡液進(jìn)行2倍稀釋，再在每一孔中加入稀釋好的菌液100 μL，如此重復(fù)3次。第3步是把96孔板轉(zhuǎn)移到恒溫培養(yǎng)箱中，在37 ℃條件下培養(yǎng)24 h，并測(cè)定混合液的吸光度值。

抑菌率的計(jì)算公式：

抑菌率=(OD1-OD2)/OD1×100%

(1)

式中：OD1、OD2分別表示空白菌液及其添加樣品浸泡液后的吸光度。

2)粘附性能測(cè)試

為探究復(fù)合水凝膠止血材料的粘附性，通過(guò)測(cè)量水凝膠對(duì)于皮膚的粘附強(qiáng)度來(lái)模擬測(cè)定其粘附性能。在實(shí)操中，把水凝膠放置在2塊豬皮之間25 mm(L)×20 mm(W)的粘合面積上，隨后靜置30 min；之后利用通用測(cè)試儀進(jìn)行拉伸測(cè)試，設(shè)定拉伸速度為5 mm/min，直至2塊豬皮之間粘附失效。

粘合強(qiáng)度的計(jì)算公式：

粘合強(qiáng)度=Fmax2/S2

(2)

其中，底面積S2的計(jì)算公式：

S2=L×W

(3)

式中：Fmax2表示在拉至失效以前測(cè)定的最大應(yīng)力。

3)X射線衍射圖譜測(cè)定

利用D/max-2200/PC型全自動(dòng)X射線衍射儀測(cè)定介孔二氧化硅材料的X射線圖譜(XRD)，樣品掃描范圍5°～90°。

4)傅里葉紅外光譜表征

本次試驗(yàn)利用Bruker VERTEX70型衰減全反射傅里葉變換紅外光譜儀測(cè)定介孔二氧化硅和水凝膠材料的紅外光譜，用以分析它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)。本次測(cè)試設(shè)定的采樣速率是55張譜/s，信噪比為55 000∶1，以及測(cè)量譜區(qū)30 000～10 cm-1。

1.2 一般資料

回歸性選取2021年5月～2022年7月收治的42例腹部腫瘤切除患者。其中采用凝膠材料進(jìn)行腹部傷口處理的23例患者作為實(shí)驗(yàn)組，平均年齡(55.30±6.75)歲，女性12例，男性11例；采用縫合止血的19例患者作為對(duì)照組，平均年齡(52.25±7.75)歲。2組患者在一般資料上無(wú)統(tǒng)計(jì)差異(P>0.05)。

1.3 觀察指標(biāo)

觀察重癥患者術(shù)后的出血量、疼痛感、異物感、止血有效率等指標(biāo)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 22.0軟件統(tǒng)計(jì)分析，比較采用χ2檢驗(yàn)，以“P<0.05”為統(tǒng)計(jì)顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 材料的基本性能分析

2.1.1表面形貌表征

介孔二氧化硅、Ag/介孔二氧化硅的TEM圖像如圖1所示。

圖1 介孔二氧化硅和Ag/介孔二氧化硅的 TEM圖像Fig.1 TEM images of mesoporous and Ag/mesoporous

從圖1(a)可以看出，介孔二氧化硅表層粗糙，雜亂分布著許多互通互聯(lián)的通道，在邊緣區(qū)域存在籠狀結(jié)構(gòu)；這些通道大多是裸露在外的，從而強(qiáng)化了介孔二氧化硅的表面改性。從圖1(b)可以看出，Ag/介孔二氧化硅是由依附于介孔二氧化硅邊緣的帶有黑色斑點(diǎn)的橢圓形或球形構(gòu)造的，這些黑色斑點(diǎn)實(shí)際上是氧化銀團(tuán)聚物。在乙醇溶液中，吸附于硅表面的硝酸銀很難被還原，但在經(jīng)歷了烘干處理以后，許多硝酸銀因光照和高溫而發(fā)生分解生成了氧化銀；氧化銀團(tuán)聚而成為橢圓形或球形的黑色斑點(diǎn)，這也被認(rèn)為是合成Ag/介孔二氧化硅材料的標(biāo)志。相較于未經(jīng)Ag+修飾的介孔二氧化硅材料，Ag/介孔二氧化硅材料表層的三維通道結(jié)構(gòu)并未發(fā)生明顯變化，通道連通性以及孔徑大小均未改變，可是通道結(jié)構(gòu)的表面新增了覆蓋層而影響其視野清晰度，這也間接證實(shí)了Ag+對(duì)介孔二氧化硅材料進(jìn)行了修飾。

2.1.2能譜分析

對(duì)Ag/介孔二氧化硅材料進(jìn)行了EDS能譜分析，其元素分布結(jié)果如表1所示。

表1 Ag/介孔二氧化硅的元素分布Tab.1 Element distribution of Ag/mesoporous

由表1可知，在樣品材料中有Ag元素的存在，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.8%，這證實(shí)材料中合成了Ag/介孔二氧化硅。

2.1.3X射線衍射圖譜表征

介孔二氧化硅、Ag/介孔二氧化硅的廣角XRD圖譜如圖2所示。

圖2 介孔二氧化硅和Ag/介孔二氧化硅的 X射線衍射圖譜Fig.2 X-ray diffraction patterns of mesoporous and Ag/mesoporous

從圖2可以看出，介孔二氧化硅和Ag/介孔二氧化硅在20°～30°內(nèi)都出現(xiàn)且僅出現(xiàn)一個(gè)衍射峰，并且該衍射峰具備非晶態(tài)特征。相關(guān)研究證實(shí)，非晶態(tài)介孔二氧化硅材料的毒性明顯弱于晶態(tài)介孔二氧化硅的毒性；而經(jīng)過(guò)Ag+修飾后的Ag/介孔二氧化硅材料仍保持非晶態(tài)，這使其具備較低的毒性和良好的安全性。

2.1.4粘附性能測(cè)試

Ag/介孔二氧化硅復(fù)合水凝膠材料的粘附性能測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3 Ag/介孔二氧化硅復(fù)合水凝膠材料的粘附力Fig.3 Adhesion of Ag/mesoporous composite hydrogel material

2.1.5抗菌性能評(píng)價(jià)

制備的水凝膠材料的抗菌效果如表2所示。

表2 Ag/介孔二氧化硅復(fù)合水凝膠材料的抑菌率Tab.2 Antibacterial rate of Ag/mesoporous hydrogel material

由表2可知，在添加等量樣品浸泡液的前提下，添加Ag/介孔二氧化硅的菌液相較于添加介孔二氧化硅的菌液表現(xiàn)得更加澄清，這說(shuō)明引入Ag+能夠改善材料的抗菌性能。究其成因，Ag+能夠依附于細(xì)菌的細(xì)胞壁上，從而切斷細(xì)菌的膜間交換，致使一部分細(xì)菌死亡。另外，Ag+與細(xì)菌內(nèi)分子發(fā)生反應(yīng)而影響其正常的新陳代謝；還有，Ag+能夠與細(xì)胞色素b、巰基組織蛋白等功能蛋白相互作用，從而大幅增多了細(xì)菌體內(nèi)的活性氧(ROS)，致使吸進(jìn)死亡率升高。

2.2 敷料應(yīng)用效果

2.2.12組患者術(shù)后出血、疼痛和異物感的比較

2組患者在術(shù)后異物感和傷口出血方面，觀察組術(shù)后出血5.8%，低于對(duì)照組的33%(P<0.05)；觀察組與對(duì)照組在術(shù)后的疼痛方面無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，具體結(jié)果如表3所示。

表3 術(shù)后患者在疼痛、術(shù)后出血和異物感的比較Tab.3 Comparison of postoperative pain, postoperative bleeding and foreign body sensation

2.2.22組患者術(shù)后的止血有效率的比較

術(shù)后止血有效率比較，結(jié)果如表4所示。

表4 術(shù)后患者止血有效率比較Tab.4 Comparison of hemostatic efficacy of postoperative patients

由表4可知，實(shí)驗(yàn)組的止血有效率為87%，對(duì)照組的止血有效率為68%，通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，得出2組止血有效率有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。由此說(shuō)明，實(shí)驗(yàn)組的止血效果優(yōu)于對(duì)照組，換句話說(shuō)，使用Ag/介孔二氧化硅水凝膠能更好地發(fā)揮止血效果。

3 討論

本研究中使用的水凝膠材料中，其主要含有Ag+。Ag+的加入，一方面具有殺菌消炎的作用；另一方面，也促進(jìn)了傷口的愈合。從上述的術(shù)后出血指標(biāo)的比較看，采用凝膠的觀察組其術(shù)后出血率要明顯低于傳統(tǒng)的對(duì)照組。通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)看，在止血有效率和術(shù)后異物感方面，都有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。而在術(shù)后疼痛的比較看，沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；具體原因可能是因?yàn)橹匕Y醫(yī)學(xué)科在腹部腫瘤方面的病例不多，導(dǎo)致數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)存在一定的誤差。因此，需要更多的病例分析通過(guò)水凝膠敷料可減少疼痛感。