一種碳點(diǎn)抑菌劑改性麻醉塑料吸管特性分析及應(yīng)用

關(guān)鍵詞：醫(yī)用塑料；抗菌改性；抗菌效果；臨床應(yīng)用；麻醉試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TQ323 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2024）12-0017-04

傳統(tǒng)麻醉塑料吸入管多為聚氯乙烯制成，雖能滿足麻醉吸入的要求，但部分吸入管柔韌性差和抑菌性能差等問題。透明橡膠材料是目前替代聚氯乙烯醫(yī)用導(dǎo)管的主要選擇，但這種醫(yī)用橡膠抑菌性差，影響其使用效果。對(duì)此，如在硅橡膠表面制備一種具有抗感染功能的殼聚糖載銅凝膠涂層，提升其抑菌性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過改性后，硅橡膠導(dǎo)管對(duì)細(xì)菌具有良好且持久的抑菌性，表現(xiàn)出良好的抑菌效果[1]；從表面和本體改性兩方面進(jìn)行研究，綜述了提升醫(yī)用硅橡膠親水性能的改性方法，并對(duì)各個(gè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，為醫(yī)用硅橡膠的發(fā)展提供了參考[2]；合成了一種新型抑菌劑，并將其用于硅橡膠用品的改性，提升硅橡膠的長(zhǎng)效抑菌防霉性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過自制新型抑菌劑改性后，硅橡膠用品的抑菌性能得到顯著提升[3]；以載銀二氧化硅為主要改性劑，提升醫(yī)用硅橡膠用品的抑菌性能和生物安全性。試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過改性后的硅橡膠用品對(duì)大腸桿菌與金黃色葡萄球菌的抑菌率分別達(dá)到100%和66%，溶血率小于5%，細(xì)胞毒性為0級(jí)，表現(xiàn)出良好的抑菌性能及生物安全性，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景[4]。

本研究認(rèn)為，增強(qiáng)透明塑料吸入管的抑菌性能，是減少麻醉臨床感染的一個(gè)重要研究方向?；诖?，本研究以某院正在使用的麻醉吸入管制備為背景，介紹了碳點(diǎn)抑菌劑改性的醫(yī)用塑料吸入管材料，并對(duì)該改性材料的臨床應(yīng)用效果進(jìn)行探討。

1試驗(yàn)部分

1.1材料與設(shè)備

主要材料：乙二胺（AR，利揚(yáng)化工）；羥丙基甲基纖維素（AR，匯恒生物科技）；醫(yī)用塑料（AR，泰瑞豐新材料）。

主要設(shè)備：HD-CP150型超聲分散機(jī)（環(huán)美分析儀器）；RNKJF30L聚四氟乙烯反應(yīng)釜（瑞尼克科技）；101-A型電熱烘箱（億瑞電熱設(shè)備）；FD-503型凍干機(jī)（駿德儀器）；JS-300T型高溫硫化機(jī)（捷盛機(jī)械設(shè)備）；LD-DLS90型動(dòng)態(tài)光散射儀（海曼科學(xué)儀器）；WAW型萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)（恒克儀器科技）。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1碳點(diǎn)抑菌劑制備

（1）在燒杯中依次放入100mL去離子水和一定質(zhì)量乙二胺，充分?jǐn)嚢枋蛊渫耆芙?，然后放入一定質(zhì)量的羥丙基甲基纖維素，在超聲分散機(jī)的作用下溶解至溶液澄清；

（2）將混合溶液轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，密封后置于電熱烘箱內(nèi)，在一定溫度下恒溫反應(yīng)一段時(shí)間；

（3）反應(yīng)結(jié)束后取出反應(yīng)釜，自然冷卻至室溫后采用0.45μm針頭式濾膜過濾上清液，然后倒入500Da的透析袋中，在去離子水中進(jìn)行透析處理，透析時(shí)間為3d，在透析過程中，每隔12h更換一次去離子水；

（4）將透析后溶液置于凍干機(jī)中進(jìn)行凍干處理，得到固體粉末即為碳點(diǎn)。

1.2.2抑菌塑料制備

按照一定質(zhì)量比將制備的碳點(diǎn)和醫(yī)用塑料混合均勻，然后在高溫硫化機(jī)的作用下熱壓成型，熱壓溫度和時(shí)間分別為200℃和5min。熱壓結(jié)束后置于室溫條件下自然冷卻，得到抑菌的醫(yī)用塑料。

1.3性能測(cè)試

1.3.1表面電荷

采用電泳光散射法使用動(dòng)態(tài)光散射儀測(cè)試樣品表面zeta電位[5-7]。

1.3.2抑菌性能

將抑菌塑料與細(xì)菌共同培養(yǎng)1d，計(jì)算抑菌率，表征材料的抑菌性能[8]。

1.3.3力學(xué)性能

通過萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)對(duì)抑菌塑料力學(xué)性能進(jìn)行分析[9]。

1.3.4生物性能

通過CCK-8法[10-11]檢測(cè)細(xì)胞在不同濃度樣品中的細(xì)胞存活率；參照YY/T1651.1—2019《醫(yī)療器械溶血試驗(yàn)》[12-13]進(jìn)行溶血試驗(yàn)。

2結(jié)果與討論

2.1碳點(diǎn)制備條件優(yōu)化

2.1.1乙二胺用量?jī)?yōu)化

乙二胺用量對(duì)碳點(diǎn)表面電荷和產(chǎn)率的影響見圖1。

由圖1可知，乙二胺用量為8%時(shí)，碳點(diǎn)表面電荷和產(chǎn)率均達(dá)到最高。這是因?yàn)橐叶吩隗w系內(nèi)主要作為碳源，其用量越多，反應(yīng)越快越徹底，碳點(diǎn)的表面電荷和產(chǎn)率越高[14-15]。但體系內(nèi)乙二胺用量過多，碳源量過大，產(chǎn)物的急劇增大，形成較多的碳微球，溶液中—NH2快速減少，碳點(diǎn)表面的—NH2快速減少，表面電荷下降。碳微球在后續(xù)試驗(yàn)過程中被過濾除去，體系碳點(diǎn)含量下降，產(chǎn)率明顯下降[16-17]。因此，選擇乙二胺用量為8%。

2.1.2羥丙基甲基纖維素用量?jī)?yōu)化

羥丙基甲基纖維素用量對(duì)碳點(diǎn)表面電荷和產(chǎn)率的影響見圖2。

由圖2可知，羥丙基甲基纖維素用量為5%時(shí)，碳點(diǎn)表面電荷和產(chǎn)率均達(dá)到最高。這是因?yàn)榻楇S體系內(nèi)羥丙基甲基纖維素用量增加，其聚合物鏈聚集并發(fā)生碳化，提供了較多的碳核，同時(shí)增加了碳點(diǎn)尺寸，—NH2接枝空間變大，表面電荷和產(chǎn)率均明顯增加[18]。當(dāng)體系羥丙基甲基纖維素用量過多，碳核極劇增大，體系內(nèi)生成表面大量接枝—NH2的微碳球。碳微球在后續(xù)試驗(yàn)過程中被過濾除去，體系碳點(diǎn)含量下降，產(chǎn)率明顯下降。因此選擇羥丙基甲基纖維素的用量為5%。

2.2抑菌劑用量?jī)?yōu)化

以制備的碳點(diǎn)為抑菌劑，以1d抑菌率為指標(biāo)，對(duì)碳點(diǎn)用量進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果見圖3所示。

由圖3可知，當(dāng)碳點(diǎn)用量為0.3%時(shí)，抑菌塑料的抑菌率基本達(dá)到最高。這是因?yàn)榧?xì)菌與碳點(diǎn)表面接枝的—NH3+基團(tuán)接觸后，表面帶負(fù)電荷的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁與—NH3+基團(tuán)發(fā)生靜電作用，破壞了細(xì)菌結(jié)構(gòu)，使細(xì)菌死亡[19]。但塑料分子內(nèi)部存在較多的交聯(lián)節(jié)點(diǎn)，過量纖維素基無法緩釋，因此繼續(xù)增加碳點(diǎn)，抑菌塑料抑菌率不再增加[20]。因此，碳點(diǎn)用量為0.3%，此時(shí)塑料對(duì)大腸桿菌抑菌率約為21.7%，對(duì)金黃色葡萄球菌抑菌率約為29.7%，表現(xiàn)出一定的抑菌效果。

2.3抑菌塑料材料性能

2.3.1基礎(chǔ)性能分析

以普通醫(yī)用塑料為對(duì)照，進(jìn)一步對(duì)制備的抑菌塑料基礎(chǔ)性能進(jìn)行探討，結(jié)果見表1。

由表1可知，本試驗(yàn)制備的抑菌塑料親水性和力學(xué)性能均較普通醫(yī)用塑料明顯提升。抑菌塑料水接觸角為81.33°，拉伸強(qiáng)度為8.17MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為4.1%，撕裂強(qiáng)度為71.47kN/m。親水性升高是因?yàn)樘键c(diǎn)表面含有許多親水性基團(tuán)，進(jìn)入塑料體系后，提升了材料的親水性，使其表面抗細(xì)菌粘附能力增強(qiáng)，抑制了生物膜的形成，減少了細(xì)菌的粘附。而力學(xué)性能的提升則是因?yàn)樘键c(diǎn)增加了塑料內(nèi)部分子間的交聯(lián)節(jié)點(diǎn)，增強(qiáng)了分子間作用力，使其具備良好的力學(xué)性能，具備更好的實(shí)際應(yīng)用效果。

2.3.2生物性能分析

進(jìn)一步對(duì)抑菌塑料生物性能進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。

由表2可知，抑菌塑料溶血率約為5%，細(xì)胞存活率超過95%，表現(xiàn)出良好的生物性能，不具備細(xì)胞毒性。這就說明該材料可用于滿嘴吸入管的使用需求。

2.4實(shí)際應(yīng)用方法與效果

2.4.1應(yīng)用對(duì)象

選擇2023年1月～2023年12月入院治療的需要進(jìn)行全麻手術(shù)的60名患者進(jìn)行試驗(yàn)，患者年齡區(qū)間為45～55歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：患者均采用全麻手術(shù)，且手術(shù)時(shí)間超過1h；患者心肺功能正常，不患有重要器官或精神類疾??；患者意識(shí)清楚，資料完全，知曉試驗(yàn)內(nèi)容并簽署同意書。排除標(biāo)準(zhǔn)：患者患有心肺疾病、重要器官疾病或精神類疾病；患者資料不全，意識(shí)不清，或不愿意配合試驗(yàn)者。

2.4.2試驗(yàn)方法

將患者平均分為試驗(yàn)組和對(duì)照組，每組30例。試驗(yàn)組選擇廠家制備的抑菌醫(yī)用塑料麻醉吸入管，具體如圖4所示。

對(duì)照組采用傳統(tǒng)的麻醉吸入管。兩組均采用同樣的方式對(duì)患者進(jìn)行吸入麻醉處理，且都為插管全身麻醉。麻醉醫(yī)師為同一人，且麻醉都采用瑞芬太尼。同時(shí)術(shù)后抗生素選擇同一藥物，用藥時(shí)間相同。

2.4.3評(píng)價(jià)指標(biāo)

通過病人術(shù)后感染率、麻醉效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。術(shù)后感染率，由醫(yī)生根據(jù)患者癥狀及相關(guān)指標(biāo)判斷。麻醉效果包括麻醉維持時(shí)間和患者蘇醒時(shí)間。

2.4.4應(yīng)用結(jié)果分析

（1）麻醉效果分析。對(duì)兩組患者麻醉效果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表3。

由表3可知，兩組患者麻醉維持時(shí)間和蘇醒時(shí)間差別不大，說明本試驗(yàn)制備的抑菌塑料不會(huì)影響麻藥吸入效果，表現(xiàn)出良好的應(yīng)用性能。

（2）感染率分析。對(duì)兩組患者感染率情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表4。

由表4可知，試驗(yàn)組患者感染率明顯低于對(duì)照組。這是因?yàn)楸驹囼?yàn)制備的抑菌塑料具備一定的抑菌效果，可以有效抑制細(xì)菌的滋生，進(jìn)而減少患者發(fā)生感染的情況。

3結(jié)語

以本試驗(yàn)制備的抑菌劑改性塑料為原料制作的吸管表現(xiàn)出良好的抑菌和麻醉吸力效果。具體結(jié)論為：

（1）在優(yōu)化條件下制備的碳點(diǎn)表面電荷較高，具備良好的抑菌效果；

（2）抑菌塑料具備良好的親水性和力學(xué)性能，細(xì)胞存活率超過95%，滿足其作為醫(yī)療器械的相關(guān)要求。但溶血率達(dá)到5%，不能作為與血液接觸的材料使用；

（3）以抑菌塑料制作的麻醉吸入管的麻醉效果與傳統(tǒng)的麻醉效果沒有顯著變化，但能顯著降低患者感染率，表現(xiàn)出良好的應(yīng)用效果。由此得出在臨床麻醉中，盡量采用抑菌性的吸入管，而伴隨醫(yī)學(xué)材料的進(jìn)步，這類材料也變得越來越可行。

同時(shí)，本研究也存在一定的局限，即僅僅是結(jié)合自身的臨床觀察，且病例數(shù)相對(duì)較少，實(shí)驗(yàn)的客觀性還有待進(jìn)一步驗(yàn)證，后續(xù)將在未來臨床治療中結(jié)合更多的案例進(jìn)行深入探討。自身的臨床觀察，且病例數(shù)相對(duì)較少，實(shí)驗(yàn)的客觀性還有待進(jìn)一步驗(yàn)證，后續(xù)將在未來臨床治療中結(jié)合更多的案例進(jìn)行深入探討。