3D打印技術制備納米銀自凝膠敷料及普外科應用與護理

單蓉蓉 周敏露 朱日祥 李申萍

摘 要： 針對傳統(tǒng)敷料抑菌效果和保濕效果差，易造成傷口發(fā)炎和脫水等問題，提出采用3D打印技術制備一種新型納米銀水凝膠材料的制備，并對性能和臨床應用效果進行研究。結果表明：納米銀負載量為0.03%制備的水凝膠敷料綜合性能最優(yōu)，抗拉強度約880 kPa;在應變量為50%時，拉伸應力為3 kPa，壓縮強度約14.3 kPa，溶脹比約692%，保濕時間約800 min，體外凝血時間約18 min，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別為60%和54%，滿足外科創(chuàng)口敷料的使用要求。將其用于普外科手術護理，養(yǎng)護3 d后，患者傷口腫脹、疼痛改善和傷口發(fā)炎情況均優(yōu)于傳統(tǒng)敷料組，滿意度達到100%；整體表現(xiàn)出良好的臨床應用效果。

關鍵詞： 水凝膠自凝膠；納米銀敷料；抑菌效果；3D打印

中圖分類號： TQ427.2+6

文獻標志碼： A ?文章編號： 1001-5922（2023）08-0107-04

Preparation and nursing of nano silver self-gel dressing by 3D printing technology and its application in general surgery

SHAN Rongrong1，ZHOU Minlu1，ZHU Rixiang1，LI Shenping2

（1.Jiangsu Hai’an People’s Hospital，Hai’an 226600，Jiangsu China；

2.Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200025，China）

Abstract： In view of the poor bacteriostatic and moisturizing effects of traditional dressings，which are easy to cause wound inflammation and dehydration，a new nano silver water gel material was by 3D printing technology prepared，and its performance and clinical application effect were studied.The test results show that the hydrogel dressing prepared with 0.03% loading of silver nanoparticle has the best comprehensive performance.At this time，the tensile strength of the dressing is about 880 kPa，the tensile stress is 38.9 kPa when the strain is 50%，the compressive strength is about 14.6 kPa，the swelling ratio is about 689%，the moisturizing time is about 800 min，the in vitro coagulation time is about 18 min，and the antibacterial rate to Escherichia coli and Staphylococcus aureus is 60% and 54% respectively，meeting the requirements for the use of surgical wound dressings.After using it for general surgical care and maintenance for 3 days，the patient's wound swelling，pain improvement，and wound inflammation are better than those of the traditional dressing group.The patient satisfaction rate reaches 100%，and the overall clinical application effect is good.

Key words： hydrogel self-gel;silver nanoparticle dressing;antibacterial effect;3D printing

傳統(tǒng)棉質(zhì)敷料受其材料特性的影響，在對創(chuàng)口進行護理的過程中，存在屏障作用差、止血效果差的缺點，影響其護理效果。開發(fā)出一種性能良好的新型護理敷料，對患者傷口的護理有重要意義。通過冷凍干燥法制備了一種可止血的富血小板血漿殼聚糖/絲素蛋白多孔創(chuàng)口敷料，并對其性能進行研究[1]。制備了一種聚氨酯-Ch水凝膠，并研究了其作為創(chuàng)口敷料的性能。試驗結果表明，該水凝膠溶脹比為10.58，24 h失水率為31.1%，壓縮強度為0.70 MPa，溶血率為2.4%，細胞存活率為（101±1.7）%，可作為傷口敷料使用[2]。以上學者的研究表明，水凝膠材料是替代傳統(tǒng)敷料的理想材料。但目前關于水凝膠用于創(chuàng)口敷料的研究還存在很多的問題，制備的水凝膠性能還不到理想創(chuàng)口敷料的要求?；诖耍驹囼炓晕墨I[3]論文中的方法為參考，制備了一種新型納米銀水凝膠材料，并對其性能和臨床應用效果進行研究。

1 試驗部分

1.1 材料與設備

主要材料：硝酸銀（AR，銀興實業(yè)）；海藻酸鈉（AR，然糠生物）；聚乙烯醇（PVA ）（AR，千奇化工）；羧甲基殼聚糖（AR，晨明生物）；氯化鈣（AR，尚善化工）。

主要設備：HH-1型恒溫水浴箱（華偉儀器）； Stratasys F123型3D打印機（金石三維打印科技）；SU5000型掃描電鏡（維翰光電科技）；WDW型萬能試驗機（卓亞儀器）； FD-2B型冷凍干燥機（新諾儀器）；SH-6600型紫外分光光度計（盛奧華科技）。

1.2 試驗方法

1.2.1 ?海藻酸鈉-納米銀（SA-Ag）溶膠的制備

（1）分別配制質(zhì)量濃度為1%的硝酸銀溶液和質(zhì)量濃度為 0.2%的海藻酸鈉溶液；

（2）按不同質(zhì)量比混合硝酸銀溶液和海藻酸鈉溶液進行混合，置于避光環(huán)境加熱攪拌反應，攪拌時間為10 h，得到納米銀負載量分別為0%、0.01%、0.03%和0.05%的SA-Ag復合溶膠。

1.2.2 ??3D打印納米銀水凝膠敷料（PCS-Ag）的制備

（1）配制質(zhì)量分數(shù)為10%的PVA溶液，然后按質(zhì)量比 2%海藻酸鈉，質(zhì)量比1.6%的羧甲基殼聚糖粉末，在50℃水浴溶解，產(chǎn)物為PCS溶液；

（3）按體積比1 ∶1混合SA-Ag復合溶膠與PCS溶液，得到混合溶液；

（4）在3D打印機的作用下將混合溶液打印成均勻網(wǎng)格結構的納米銀水凝膠敷料，然后對制備的納米銀水凝膠敷料進行冷凍-干燥處理；

（5）將冷凍干燥后的納米銀水凝膠敷料放入質(zhì)量分數(shù)為2%的氯化鈣中進行交聯(lián)，待充分溶脹交聯(lián)后取出，將其放入冰箱進行冷凍處理，冷凍溫度和時間分別為-20℃和6 h，然后進行室溫解凍2 h。重復冰凍和解凍過程4次后，通過去離子水浸泡，每隔6 h換水，36 h后得到納米銀水凝膠敷料。

1.3 性能測試

將水凝膠充分溶脹后，通過萬能試驗機測試其力學性能。

溶脹：對樣品進行冷凍干燥處理，然后置于蒸餾水中充分浸泡，根據(jù)浸泡前后質(zhì)量變化計算溶脹比，并繪制溶脹曲線[4-5]。

保濕：將充分溶脹的樣品在37 ℃恒溫烘箱內(nèi)放置，每隔固定時間對水凝膠進行稱重，計算保濕率并繪制保濕曲線[6-7]。

抗菌試驗：

將大腸桿菌和金黃色葡萄球菌與水凝膠共同培養(yǎng)12 h，測試菌液在 600 nm 處的 吸光度（OD） 值，計算材料的抑菌率[8-9]。

體外凝血試驗：

在裝有10 mg樣品的試管中放入含10%檸檬酸納的全血，然后放入60 μL 濃度為 0.25 mol/L 的氯化鈣 溶液，每隔1 min傾斜試管，血液不再流動時記錄時間。

2 結果與討論

2.1 力學性能分析

2.1.1 拉伸性能

圖1為抗拉強度試驗結果。

由圖1可知，水凝膠敷料抗拉強度在納米銀用量為0.03%時達到最高，約為880 kPa。這是因為適量的納米銀進入水凝膠敷料體系后，在體系內(nèi)均勻分布，能提高PVA的結晶和強化水凝膠的交聯(lián)密度，是敷料抗拉強度6增加[10]。但納米銀用量過多時，會在水凝膠體系內(nèi)相互團聚，這就增加了納米銀的粒徑和影響了納米銀的分布情況，降低了水凝膠敷料的抗拉強度[11]。

通過應力-應變曲線（以0.03%納米銀用量為例）進一步對制備的水凝膠彈性性能進行表征，結果如圖2所示。

由圖2可知，水凝膠敷料可以承受應變量為50%的多次拉伸，加載曲線與卸載曲線間有較大滯后存在，這就說明在水凝膠敷料拉伸過程中，存在能量耗散的情況[12]。但隨加載周期的增加，滯后面積明顯減小逐漸趨于穩(wěn)定，這就說明隨加載周期的增加，水凝膠敷料的能量耗散減少，且逐漸趨于穩(wěn)定。同時還能從圖2可知，隨加載周期的增加，應變量為 50%時的應力有所下降，但下降幅度較小，最后慢慢趨于穩(wěn)定，表現(xiàn)出良好的彈性性能。當納米銀用量為0.03%時，水凝膠敷料在該應變量條件下拉伸應力約為39.1 kPa。

2.1.2 壓縮性能

對納米銀水凝膠創(chuàng)口敷料（以納米銀負載量0.03%為例）壓縮性能進行表征，結果如圖3所示。

由圖3可知，水凝膠敷料的滯后曲線面積不隨加載-卸載周期循環(huán)的增加發(fā)生變化，這就說明了本試驗制備的納米銀水凝膠敷料能量耗散較為穩(wěn)定。同時，隨循環(huán)周期的增加，納米銀水凝膠敷料在應變量為50%時的壓縮應力均有一定增加，表明壓力卸載后，納米銀水凝膠敷料能迅速恢復到初始狀態(tài)，壓縮性能良好。 這是受水凝膠敷料特殊的網(wǎng)狀結構影響，在外界載荷壓力的作用下，水凝膠中的水分被擠壓，在外界壓力卸去后，水分又被快速吸收，快速恢復至初始狀態(tài)，滿足創(chuàng)口敷料的壓縮性能要求，0.03%納米銀水凝膠敷料的壓縮強度約為14.3 kPa。

2.2 溶脹及保濕性能

2.2.1 溶脹性能

圖4為水凝膠溶脹性能測試結果。

由圖4可知，水凝膠吸水能力較好，吸水速度快，在1 min內(nèi)基本達到溶脹平衡，且基本不受納米銀影響，能滿足使用過程中快速吸收血液和多余滲出液的功能[13-14]。這是因為納米銀水凝膠敷料特殊的網(wǎng)格結構具備較大的與液體接觸的面積，使其吸水速度有所增加，快速達到溶脹平衡。當納米銀負載量為0.03%時，水凝膠敷料溶脹比約為692%。

2.2.2 保濕性能

圖5為保濕性能測試結果。

由圖5可知，體系內(nèi)隨納米銀負載量的增加，水凝膠敷料的失水速度表現(xiàn)出先減小后增加的變化趨勢，達到平衡的時間則表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，也就是說，隨體系內(nèi)納米銀用量的增加，水凝膠敷料的保濕性能表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。當納米銀用量為0.03%時，創(chuàng)口敷料保濕時間約為800 min，表現(xiàn)出良好的保濕效果，可以滿足創(chuàng)口敷料對創(chuàng)面保濕功能的要求。

2.3 抗菌性能評價

圖6為抗菌性能測試結果。

由圖6可知，隨水凝膠敷料中納米銀負載量的增加，2種細菌的OD值均表現(xiàn)出先降低再增加的變化趨勢。說明隨體系內(nèi)納米銀負載量的增加，對2種細菌的抑菌性也是先增加后降低。這是因為殼聚糖自身具備一定的抗菌性，與具有抑菌性的納米銀結合后，抑菌性能得到進一步提升。但納米銀負載量過多時，會在體系內(nèi)團聚，這增加了納米銀的粒徑，對其抗菌效果產(chǎn)生影響[15]。0.03%納米銀水凝膠敷料對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別為60%和54%，滿足外科創(chuàng)口敷料的使用要求。

2.4 體外凝血性能評價

圖7為體外凝血試驗結果。

由圖7可知，隨水凝膠敷料中納米銀負載量的增加，創(chuàng)口凝血時間表現(xiàn)出先降低后增加的變化趨勢。當納米銀負載量為0.03%時，其凝血時間約為18 min，表現(xiàn)出良好的凝血效果。納米銀水凝膠敷料具備良好的組織粘附和機械封閉的作用，使得水凝膠擁有促體外凝血的能力，滿足普外科護理要求。

2.5 臨床應用效果

2.5.1 一般資料

選擇2021年6月至2022年6月入院的100名在普外科就診的患者，隨機分為試驗組和對照組，試驗組采用納米銀水凝膠敷料進行護理，對照組采用傳統(tǒng)紗布護理。

2.5.2 納入標準

知情同意并自愿參與本研究；單純由普外科手術帶來的傷口，不存在其余原因出現(xiàn)的傷口和不適應藥物使用者。

2.5.3 臨床護理應用步驟

對創(chuàng)口消毒后，將敷料覆蓋在傷口表面，并用紗布固定，同等條件護理3 d，更換敷料時觀察患者傷口情況和疼痛情況，在出院時對患者滿意度進行調(diào)查。

2.5.4 統(tǒng)計方法

采用SPSS20.0處理分析數(shù)據(jù)。采用2樣本 t 檢驗，計數(shù)資料采用百分比表示，采用 χ 2檢驗。以“ P ＜0.05”為差異具有統(tǒng)計學意義。

2.5.5 臨床應用結果

敷料臨床應用效果評價結果如表1所示。

由表1可知，經(jīng)過納米銀水凝膠敷料治療 3 d后，患者傷口腫脹情況、疼痛改善情況和傷口發(fā)炎均優(yōu)于傳統(tǒng)敷料組，滿意度達到100%，臨床應用效果良好，結果具有統(tǒng)計學意義（ P <0.05）。

3 結語

（1）納米銀水凝膠敷料結構為貫穿上下的網(wǎng)絡結構，其內(nèi)部孔徑大小均勻，排列整齊致密；

（2）納米銀進入水凝膠敷料體系后，在體系內(nèi)均勻分布，能提高PVA的結晶和強化水凝膠的交聯(lián)密度，增加了水凝膠的抗拉強度。而其特殊的網(wǎng)格結構使其具備較好的壓縮強度，力學性能表現(xiàn)良好；

（3）納米銀水凝膠創(chuàng)口敷料在1 min內(nèi)可達到溶脹平衡，保濕時間約為800 min，可使傷口長時間保持濕潤狀態(tài)，促進傷口的愈合；

（4）納米銀水凝膠敷料對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別為60%和54%，滿足外科創(chuàng)口敷料的使用要求；

（5）水凝膠敷料凝血時間約為18 min，表現(xiàn)出良好的凝血效果；

（6）經(jīng)過納米銀水凝膠護理3 d后，患者傷口腫脹情況、疼痛改善情況和傷口發(fā)炎均優(yōu)于傳統(tǒng)敷料組，表現(xiàn)出良好的臨床應用效果。

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