碳納米纖維紡絲抗菌敷料制備及實(shí)際應(yīng)用效果比較

李蠡 高歌 張麗 陳曉晶 王守艷

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)醫(yī)用敷料止血效果差的問(wèn)題，結(jié)合靜電紡絲技術(shù)，提出一種烷基化殼聚糖結(jié)合酸化碳納米纖維的新型抗菌敷料，并對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行分析。結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)近紅外光源照射 150 s后，敷料表面溫度穩(wěn)定在60 ℃，經(jīng)過(guò)5次開(kāi)-關(guān)循環(huán)加熱試驗(yàn)后，溫度并未出現(xiàn)下降；經(jīng)過(guò)光照處理孵育24 h后，大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在抗菌敷料上的存活率分別為5%和10%，抑菌效果良好。L929 細(xì)胞在抗菌敷料浸漬液中培養(yǎng) 48 h 后，細(xì)胞存活率超過(guò)75%；與血液相容率控制在5%內(nèi)；全血凝固時(shí)間為163 s，全血凝固指數(shù)約為7.31%，表現(xiàn)出良好的材料性能；將抗菌敷料用于術(shù)后護(hù)理，出血率為4.26%，術(shù)后感染率為2.13%，止血有效率為95.74%，表現(xiàn)出良好的護(hù)理效果。

關(guān)鍵詞：抗菌敷料；靜電紡絲；止血材料；酸化碳納米纖維

中圖分類號(hào)：TQ465

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2023）07-0073-04

Comparision of preparation and practical application effect of antimicrobial dressings using carbon nanofiber spinning

LI Li1，GAO Ge1，ZHANG Li1，CHEN Xiaojing1，WANG Shouyan2

（1.Cancer Hospital Affiliated to Harbin Medical University，Harbin 150040，China;

2.Harbin Medical University，Harbin 150076，China

）

Abstract：In response to the poor hemostatic effect of traditional medical dressings， a novel antibacterial dressing combining alkylated chitosan with acidified carbon nanofibers is proposed using electrospinning technology，and its application effect is analyzed.The results showed that after 150 seconds of exposure to a near-infrared light source，the surface temperature of the dressing remained stable at 60 ℃.After five cycles of on-off heating tests，the temperature did not decrease; After 24 hours of light treatment and incubation，the survival rates of Escherichia coli and Staphylococcus aureus on the antibacterial dressing were 5% and 10%，respectively，showing good antibacterial effect.After being cultured In the immersion solution of antibacterial dressing for 48 hours， cell survival rate of L929 cell exceeded 75%.The blood compatibility rate of the antibacterial dressing was within 5%. The whole blood coagulation time was 163 seconds，and the whole blood coagulation index was about 7.31%，demonstrating good material properties.The antibacterial dressing was used for postoperative care resulted in? a postoperative bleeding rate of 4.26%，a postoperative infection rate of 2.13% ，and a hemostatic effective rate of 95.74%，demonstrating good nursing effects.

Key words：antibacterial dressings;electrospinning;hemostatic materials;acidified carbon nanofibers

傳統(tǒng)醫(yī)用敷料多為無(wú)菌紗布和醫(yī)用繃帶，雖然能在一定程度上減少細(xì)菌對(duì)傷口的感染，但其自身并不具備抗菌效果，因此護(hù)理效果還達(dá)不到理想要求。特別是在手術(shù)后，患者傷口會(huì)出現(xiàn)大出血的情況，傳統(tǒng)敷料無(wú)法快速止血，對(duì)患者產(chǎn)生一些不良的影響。優(yōu)化醫(yī)用敷料性能是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)較為重要的課題，對(duì)此，部分學(xué)者也進(jìn)行了很多研究。如趙中楠利用循環(huán)凍融法制備一種負(fù)載石榴皮提取物（PPE）的水凝膠，并對(duì)其性能進(jìn)行研究。彭婷以漢麻基纖維素為材料，制備了一種水凝膠復(fù)合功能性傷口敷料，并對(duì)其性能進(jìn)行研究。李曼則通過(guò)靜電紡絲制備了一種聚己內(nèi)酯/明膠載姜黃素生物活性敷料，并研究了該敷料的性能，試驗(yàn)結(jié)果表明，該敷料具備良好的綜合性能，可以在傷口護(hù)理領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。以上學(xué)者的研究為傷口敷料的發(fā)展提供了一些參考，但在手術(shù)敷料方面還存在很多不足，基于此，本試驗(yàn)以孫嘉華方法為參考，制備了一種用于手術(shù)室用的抗菌型紡絲敷料材料，為醫(yī)用敷料的發(fā)展提供參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

主要材料：乙酸（AR），創(chuàng)通化學(xué)；殼聚糖（AR），鴻韜生物工程；乙醇（AR）俱輝化工；十二醛（AR），華翔科潔生物；氰基硼氫鈉（AR），世能化工科技；氫氧化鈉（AR），鵬彩精細(xì)化工；濃硝酸（AR），玖豐隆化工；濃硫酸（AR），中水化工；碳納米纖維（AR），恒大化工；醋酸（AR），創(chuàng)通化學(xué)；聚乙烯醇（AR），天峰化工。

主要設(shè)備： FC-18A型凍干機(jī)（國(guó)輝儀器）；DZF型真空烘箱（康臣干燥工程）；DZKW-C型恒溫水浴鍋（沃林儀器）；YM-010S型超聲機(jī)（蒂普思科技）；S410型紅外光譜儀（奧析科學(xué)儀器）；EVO 10型掃描電鏡（同盛科技）；754型可見(jiàn)分光光度計(jì)（美析儀器）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 烷基化殼聚糖的制備

（1）將一定量乙酸與適量殼聚糖混合攪拌，然后加入一定量乙醇繼續(xù)攪拌至混合均勻；

（2）加入十二醛反應(yīng)3 h。繼續(xù)加入氰基硼氫鈉反應(yīng)12 h。反應(yīng)結(jié)束后，通過(guò)NaOH水溶液調(diào)節(jié)體系pH值至中性；

（3）加入適量乙醇沉淀烷基化殼聚糖，過(guò)濾后用去離子水充分洗滌，離心后在FC-18A型冷凍干燥機(jī)的作用下進(jìn)行冷凍干燥處理，產(chǎn)物為烷基化殼聚糖。

1.2.2 碳納米纖維的酸化

（1）將濃硝酸和濃硫酸按照體積比1∶3混合，放入1 g碳納米纖維，在超聲的作用下反應(yīng)3 h；

（2）離心處理后，用去離子水洗滌至中性，在DZF型真空干燥箱的作用下進(jìn)行真空干燥，產(chǎn)物為酸化后碳納米纖維。

1.2.3 復(fù)合敷料制備

（1）在質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%的醋酸溶液中溶入烷基化殼聚糖，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的烷基化殼聚糖溶液；

（2）在去離子水中溶入PVA，在恒溫水浴鍋的作用下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度和時(shí)間分別為75 ℃和3 h，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的PVA水溶液；

（3）將酸化后碳納米纖維放入去離子水中，在超聲機(jī)的作用下形成體積分?jǐn)?shù)為0%、1%、2%和3%的纖維懸浮液；

（4）按照4∶6的體積比混合烷基化殼聚糖溶液和聚乙烯醇水溶液，然后放入0.5 mL酸化碳納米纖維懸浮液，充分?jǐn)嚢?，得到均勻的混合溶液?/p>

（5）將混合溶液裝入針筒中進(jìn)行紡絲，紡絲參數(shù)如表1所示；

（6）將紡絲得到的敷料置于室溫環(huán)境，待溶劑揮發(fā)，得到抗菌型的敷料。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 光熱性能

通過(guò)近紅外光源照射抗菌紗布150 s，使用紅外熱像儀對(duì)溫度進(jìn)行記錄。

1.3.2 抑菌性能

通過(guò)對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在抗菌紗布上的存活率進(jìn)行測(cè)試，表征抗菌紗布的抑菌性能。

1.3.3 生物相容性

通過(guò)浸漬法對(duì)抗菌紗布的細(xì)胞毒性進(jìn)行檢測(cè)。

1.3.4 臨床應(yīng)用效果評(píng)價(jià)指標(biāo)

結(jié)合以上制備的材料，觀察腫瘤患者術(shù)后的出血量的多少、疼痛程度、有無(wú)感染以及止血的效果等指標(biāo)。

2 結(jié)果與討論

2.1 潤(rùn)濕性能分析

通過(guò)抗菌敷料表面的水接觸角測(cè)試，表征抗菌敷料的潤(rùn)濕性能，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知， CNWF親水性能良好。而本試驗(yàn)制備的抗菌敷料水接觸角均超過(guò)了60°，疏水性明顯增強(qiáng)。這是因?yàn)橹苽淇咕罅系闹饕牧蠟榫哂惺杷缘耐榛瘹ぞ厶?。同時(shí)，經(jīng)過(guò)靜電紡絲作用后，制備的薄膜具有微納米級(jí)別孔徑，抗菌敷料表面疏水性增加。

2.2 光熱性能

圖2為抗菌敷料光熱性能測(cè)試結(jié)果。

由圖2可知，在照射150 s后，NCS 3/PVA/CNF0 光照溫度基本不發(fā)生變化。隨酸化碳納米纖維濃度的增加，抗菌敷料表面溫度分別上升至48 、55和 60 ℃并維持穩(wěn)定，這是因?yàn)樗峄技{米纖維在抗菌敷料中起到光熱轉(zhuǎn)化劑的作用，可以將光能有效轉(zhuǎn)化為熱能。且酸化碳納米管濃度越高，有效轉(zhuǎn)化率越高，則抗菌敷料表面溫度越高。

2.3 光熱輔助抑菌性

通過(guò)光熱輔助殺菌對(duì)抗菌敷料的抑菌性能進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)估，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，經(jīng)過(guò)光照處理后孵育24 h后，大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在CNWF 和 NCS3/PVA/CNF 0上的存活率均相對(duì)較高，抑菌活性較差。隨酸化碳納米纖維濃度的增加，對(duì)2種細(xì)菌的抑菌效果明顯增加。大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在NCS3/PVA/CNF3上的存活率分別為5%和10%，表現(xiàn)出良好的抑菌效果。這是因?yàn)?，體系內(nèi)酸化碳納米纖維用量越多，敷料表面最高光轉(zhuǎn)化溫度隨之增加，因此在相同光照條件下，可殺死更多細(xì)菌，表現(xiàn)出良好光熱抑菌效果。

2.4 生物相容性測(cè)試

抗菌敷料生物相容性測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，溶血率值控制在5%內(nèi)，說(shuō)明本試驗(yàn)制備的抗菌敷料具備較好的血液相容性和較低的細(xì)胞毒性，可以作為醫(yī)用敷料使用。

2.5 體外止血性能

通過(guò)全血凝固時(shí)間反應(yīng)敷料的體外止血性能，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，CNWF和抗菌敷料的全血凝固時(shí)間均明顯低于自然凝血時(shí)間，隨酸化碳納米纖維濃度的增加，制備抗菌敷料全血凝固時(shí)間縮短。NCS3/PVA/CNF3的全血凝固時(shí)間為163 s，較CNWF減少了18.09%，表現(xiàn)出良好的體外止血性能。

2.6 實(shí)際應(yīng)用效果

以CNWF為對(duì)照，對(duì)抗菌敷料的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.6.1 一般資料

選取我院2021年1月～2022年1月接受手術(shù)治療的86例腹部腫瘤患者作為本次研究的對(duì)象。根據(jù)患者傷口處理方式的不同，將其分為CNWF止血組和抗菌敷料組。其中CNWF止血組患者39例，男性17例，女性22例；平均年齡（54.36±6.28）歲?？咕罅辖M患者47例，男性21例，女性26例；平均年齡（54.42±6.30）歲。傳兩組患者一般基線資料比較差異無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），有可比性。本研究已獲得醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

2.6.2 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 22.0軟件統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)數(shù)資料用［n（%）］表示，比較采用χ2檢驗(yàn)，以P＜0.05為統(tǒng)計(jì)顯著。

2.6.3 2組患者術(shù)后情況的比較

2組在術(shù)后疼痛無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P>0.05）；但實(shí)驗(yàn)組患者術(shù)后出血率為4.26%，術(shù)后感染率為2.13%，顯著低于傳統(tǒng)止血組（P<0.05）；具體結(jié)果如表2所示。

2.6.4 2組術(shù)后的止血有效率比較

研究發(fā)現(xiàn)，抗菌敷料組47例患者中術(shù)后無(wú)出血45例，止血有效率為95.74%，較傳統(tǒng)止血組79.49%明顯升高（P<0.05）；具體結(jié)果如表3所示。

由表3可知，2組在止血有效率方面有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，本試驗(yàn)制備的抗菌敷料表現(xiàn)出良好的止血抗菌效果，可以作為醫(yī)用敷料使用。

（1）抗菌敷料的纖維較為均勻，且表面光滑；水蒸氣透過(guò)率滿足國(guó)標(biāo)YY/T0148—2006中關(guān)于醫(yī)用敷料水蒸氣透過(guò)率的規(guī)定；

（2）抗菌敷料水接觸角均超過(guò)了60°，疏水性明顯增強(qiáng)。經(jīng)過(guò)近紅外光源照射 150 s后，敷料表面溫度有一定上升并維持穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)5次開(kāi)-關(guān)循環(huán)加熱試驗(yàn)后，抗菌紗布始終維持最高溫度，表現(xiàn)出良好的光熱穩(wěn)定性；

（3）經(jīng)過(guò)光照處理后孵育24 h后，大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在NCS3/PVA/CNF3上的存活率分別為5%和10%，表現(xiàn)出良好的抑菌效果；

（4）抗菌敷料溶血率值在5%內(nèi)； L929 細(xì)胞在抗菌紗布浸漬液中培養(yǎng) 48 h 后，細(xì)胞存活率超過(guò)75%，表現(xiàn)出良好的生物相容性；

（5）NCS3/PVA/CNF3全血凝固時(shí)間為163 s，表現(xiàn)出良好的止血效果；

（6）將抗菌敷料用于術(shù)后護(hù)理，抗菌敷料組患者術(shù)后出血率為4.26%，術(shù)后感染率為2.13%，止血有效率為95.74%，表現(xiàn)出良好的護(hù)理效果。

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