改性復合海綿敷料的研制

吳祭民++潘青青++顧菁菁++徐夢++李景++金杰++郝凌云++張小娟

摘 要：為增強敷料的吸收、抗菌和促進傷口愈合的能力，該文采用生物活性玻璃改性殼聚糖/明膠海綿敷料。首先利用硅烷偶聯劑改性生物活性玻璃，并選用香草醛作交聯劑，采用真空冷凍干燥法將其與羧甲基殼聚糖、明膠進行復合，制備出改性復合海綿敷料。并對產物進行IR、SEM、吸水率、孔隙率、保濕性和透氣率分析。結果表明，改性復合海綿狀敷料具有多孔結構、較高的吸水性、透氣性和保濕性，有望在醫用濕性敷料領域得到廣泛的應用。

關鍵詞：生物活性玻璃 羧甲基殼聚糖 明膠 香草醛 改性復合海綿

中圖分類號：R318.08 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（a）-0198-03

生物活性玻璃（BG）是一種性能優良的組織修復材料，具有良好的生物相容性、生物活性、生物礦化特性，良好的力學和骨傳導性等，常用于骨、齒科等的修復治療[1-5] ，是目前唯一能促進生長因子的生成、細胞的繁衍以及活化細胞基因表達的人工合成的無機材料[6]，還能誘導細胞本身的上皮生長因子的合成，為創面提供天然上皮生長因子，促進創面快速愈合。硅烷偶聯劑在結構中帶有一個或數個活性官能團，具有高的反應活性，能夠有效地改善無機粉體與高分子材料的界面相容性，使硅烷偶聯劑在材料的偶聯、粘結、潤滑、生物配位和催化[7-11]等領域得到廣泛應用。明膠（Gelatin）是一種不均一的具有高分子量的水溶性蛋白質混合物，具有較好的親和性、較低的粘度、較高的韌性及可逆性等優良的物理性質，還具有較高的表面活性，較好的成膜性和吸水膨脹性等，長期以來被應用于醫藥、感光材料、食品、造紙、印刷、日用化工等領域[12]。

目前，國內外興起了一種新的傷口護理理念—濕性愈合理論。在此理論的影響下，新型醫用濕性敷料也不斷的出現，為傷口護理帶來了新的方法。醫用濕性敷料按其載體形態可分為水凝膠、海綿、薄膜、纖維、紗布等類型。該文采用溶膠—凝膠法合成多孔生物活性玻璃（MBG），然后用氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）偶聯劑對其進行改性，將APTES中的氨丙基接枝在生物活性玻璃表面，得到改性生物活性玻璃（SBG）。最后選用香草醛作交聯劑，采用真空冷凍干燥法將SBG與羧甲基殼聚糖（CMC）、明膠（Gel）進行復合，制備出CMC-Gel/SBG復合海綿，并考察了海綿的微觀形貌、孔隙率、吸水率、保濕率和透氣率。研究發現，CMC-Gel/SBG復合海綿具有多孔結構、高的孔隙率、高的吸水率和保濕率，有望在醫用濕性敷料領域得到廣泛的應用。

1 實驗部分

1.1 復合海綿敷料的制備

1.1.1 實驗試劑

生物活性玻璃，實驗室自制。其他試劑均為分析純，購于國藥集團化學試劑有限公司。

1.1.2 實驗過程

（1）溶膠凝膠法制備多孔生物活性玻璃

本文采用溶膠凝膠法，以聚乙二醇作造孔劑和模板劑，檸檬酸（CA）作催化劑和穩定劑，以正硅酸四乙酯（TEOS）為硅源、磷酸三乙酯（TEP）為磷源、四水硝酸鈣為鈣源合成多孔生物活性玻璃。

稱取0.14 gCA，加入10 mL去離子水和20 mL無水乙醇，室溫下磁力攪拌10 min，隨后邊攪拌邊加入12.5 gTEOS，攪拌30 min，溶液轉為清澈透明；緩慢滴加0.73 gTEP，繼續強力攪拌20 min，再緩慢加入8.5 gCA，充分攪拌20 min，最后再加1.3 gPEG，充分攪拌1 d，即得到溶膠液。將溶膠液室溫下靜置陳化形成均勻透明的塊狀凝膠。凝膠在60 ℃真空干燥箱中干燥24 h。將得到的干凝膠置于坩鍋中，放入馬弗爐中650 ℃燒結2 h。自然冷卻后，在瑪瑙研缽中研磨，得白色MBG粉末。

（2）多孔生物活性玻璃的改性

稱取一定量自制的多孔生物活性玻璃粉體，放入三口燒瓶中，加入APTES的正己烷溶液（5%，體積分數），攪拌，氮氣保護，70 ℃下水浴加熱10 h。反應完成后，抽濾，分別用正己烷、乙醇、去離子水清洗3次，清洗過的玻璃粉體放于真空干燥箱中，干燥48 h，即得改性生物活性玻璃（SBG）。

（3）真空凍干法制備復合海綿

稱取2 g改性SBG粉末溶解于一定量的去離子水中，超聲30 min；取20 mLCMC溶液（2%，質量分數）與20 mL明膠溶液（2%，質量分數）混合加入上述溶液，滴加少量甘油，磁力攪拌2 h，再加入香草醛溶液1.0 mL（0.5%，質量分數）繼續攪拌30 min后，將溶液倒入直徑為90 mm的培養皿中交聯24 h，冰箱冷凍24 h后，將其放入冷凍干燥機于-50 ℃下冷凍12 h，得到的海綿敷料保存于干燥器中。

1.1.3 樣品表征

（1）紅外分析

采用傅立葉紅外光譜儀（Thermo Nicolet 5700，FTIR）測定改性前后生物玻璃及海綿的紅外光譜，通過官能團鑒定對其進行定性分析。測試范圍：400～4000 cm-1。

（2）電鏡分析

采用掃描電子顯微鏡（Hitachi SU8010，SEM）在樣品噴金后對其微觀形貌進行觀察。

（3）吸水率測定

將所制海綿剪成2 cm×2 cm的樣品，稱得質量為（m1），分別浸入含50 mL去離子水和生理鹽水的容器中，室溫靜置，待吸水達飽和后，用鑷子小心取出，用濾紙吸去表面水分，精密稱定質量（m2），計算吸水率[Q=（ m2-m1）/m1×100%]。

（4）孔隙率測定

將一定質量的海綿置于體積為V1的乙醇中，脫泡，海綿和乙醇的總體積記為V2，則（V2-V1）為海綿的體積。將含乙醇的海綿取出，記所剩乙醇體積為V3，則海綿中所含乙醇的體積（V1-V3）為海綿孔隙所占的體積，則海綿的總體積為：V=（V2-V1）+（V1-V3）=V2-V3?？紫堵士杀硎緸椋篜=（V1-V3）/（V2-V3）。endprint

（5）相對保濕性測定

將所制海綿剪成2 cm×2 cm的樣品，精密稱定質量為（W1）。將其浸入裝有50 mL蒸餾水的小燒杯中，待其吸水達飽和后，用鑷子小心取出，用濾紙吸去表面的水分，精密稱定質量（W2），然后將吸水后的海綿放入裝有硅膠的干燥器中，室溫下放置10 h，精密稱定質量（W3）。相對保濕性表示為：Q=（W3-W1）/（W2-W1）×100%。

（6）透氣率測定

將兩個廣口瓶內裝滿蒸餾水，用所制海綿密封一個瓶口，以不封口的廣口瓶為對照，室溫放置24 h，計算透氣率：透氣率=24 h失水量/對照失水量×100%。

2 結果與討論

2.1 紅外光譜分析

圖1為經硅烷偶聯劑修飾前后生物活性玻璃的FTIR譜圖。在圖1a中，3490 cm-1處為MBG表面的硅羥基和結合水羥基的伸縮振動吸收峰，由于羥基間的締合導致峰型變寬；1640 cm-1處為MBG毛細孔和表面吸附的水引起的反對稱O-H彎曲振動；圖譜中最明顯的吸收峰是Si-O-Si基團的伸縮振動和彎曲振動吸收，其中在1088 cm-1左右的吸收對應Si-O-Si的非對稱伸縮振動，464 cm-1處峰則由Si-O-Si鍵的彎曲振動引起的。在圖1b中，2934 cm-1處的吸收峰是由于APTES的鍵連而引入的飽和C-H的伸縮振動；1500～1390 cm-1為甲基、亞甲基的彎曲振動；1594cm-1則為氨基的N-H剪式振動；3000 cm-1以上的N-H伸縮振動與MBG原有的硅羥基伸縮振動重合，這些飽和C-H和N-H振動峰的出現表明硅烷偶聯劑APTES已經接枝到MBG粉體的表面[13]。

圖2是CMC Gel/SBG復合海綿的紅外譜圖。從圖中可知，463 cm1處的吸收峰為SBG中Si—O—Si的彎曲振動；1650 cm-1處C=N伸縮振動，表明CMC、Gel中的氨基和香草醛中的醛基發生了席夫堿反應，并且SBG的加入不影響氨基和醛基之間的席夫堿反應。

2.2 掃描電鏡分析

圖3分別是海綿敷料正面及截面的SEM照片。由圖3可見，所得海綿由表面的致密層和內部的多孔層構成。從圖3a可以清楚地看到材料為多孔結構；從圖3b可以看到孔是蜂窩結構或多孔片層堆積而成的三維立體片層結構，且孔的連通性比較好。而且生物活性玻璃顆粒被有機相包裹在孔壁內，很少裸露。

2.4 復合海綿的性能參數

從表1中可知，海綿在蒸餾水中的吸水率遠大于在生理鹽水溶液中的吸水率。這是因為羧甲基殼聚糖和明膠分子中有帶電基團，使得生理鹽水中的離子對其產生靜電屏蔽作用，從而阻礙分子擴展，導致吸水率下降。另外根據性能參數，可得CMC–Gel/SBG復合海吸水性、透氣性、保濕性較高，可使傷口沒有積液，保持創面濕潤，有利于傷口愈合，有望在醫用濕性敷料領域得到廣泛的應用。

3 結語

該文主要研究了采用溶膠凝膠法制備多孔生物活性玻璃，并對其進行了表面改性，然后采用綠色無毒的香草醛作為交聯劑，將改性后的多孔生物活性玻璃與羧甲基殼聚糖、明膠復合得到復合海綿。

（1）采用溶膠凝膠法制備出了多孔生物活性玻璃并對其進行了表面接枝改性。溶膠凝膠法制備的生物活性玻璃不僅處理溫度比較低，而且是由大量的微球構成，微球周圍形成大量微孔結構，從而導致材料具有高比表面積。改性后的生物玻璃與有機相的相容性有所提高。

（2）采用真空凍干法制備出了CMC Gel/SBG復合海綿。所得的復合海綿狀敷料具有多孔性，吸水性、保濕性和透氣性較高，是理想的醫用濕性敷料。

參考文獻

[1] Oonishi H，Kushitani S，Yasukawa E，et al.Particulate bioglass compared with hydroxyapatite as a bone graft substitute[J].Clinical Orthopaedics and Related Research，1997，334（1）：316-325.

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[6] 張偉，談發堂，喬學亮，等.光化學還原法制備納米銀溶膠[J].材料導報，2012，26（6）：32-35.

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[9] Brito R，Rodriguez V A， Figueroa J，et al.Adsorption of 3 mercaptopropyl trimethox ysilane and 3–aminopropyl trimethoxysilane at platinum electrodes[J].J Electroanal Chem，2002，520（12）：47-52.

[10] 杜高翔，鄭水林，李楊.超細水鎂石的硅烷偶聯劑表面改性[J].硅酸鹽學報，2005，33（5）：659-664.

[11] 毋偉，陳建峰，屈一新.硅烷偶聯劑的種類與結構對二氧化硅表面聚合物接枝改性的影響[J].硅酸鹽學報，2004， 32（5）：570-575.

[12] 李冬梅.明膠在乳制品中的應用[J].食品工業，1988（3）：33-36.

[13] 盧玲，游文瑋，王迎軍，等.生物活性玻璃的表面修飾及其細胞相容性[J].復合材料學報，2011，28（1）：114-118.endprint

（5）相對保濕性測定

將所制海綿剪成2 cm×2 cm的樣品，精密稱定質量為（W1）。將其浸入裝有50 mL蒸餾水的小燒杯中，待其吸水達飽和后，用鑷子小心取出，用濾紙吸去表面的水分，精密稱定質量（W2），然后將吸水后的海綿放入裝有硅膠的干燥器中，室溫下放置10 h，精密稱定質量（W3）。相對保濕性表示為：Q=（W3-W1）/（W2-W1）×100%。

（6）透氣率測定

將兩個廣口瓶內裝滿蒸餾水，用所制海綿密封一個瓶口，以不封口的廣口瓶為對照，室溫放置24 h，計算透氣率：透氣率=24 h失水量/對照失水量×100%。

2 結果與討論

2.1 紅外光譜分析

圖1為經硅烷偶聯劑修飾前后生物活性玻璃的FTIR譜圖。在圖1a中，3490 cm-1處為MBG表面的硅羥基和結合水羥基的伸縮振動吸收峰，由于羥基間的締合導致峰型變寬；1640 cm-1處為MBG毛細孔和表面吸附的水引起的反對稱O-H彎曲振動；圖譜中最明顯的吸收峰是Si-O-Si基團的伸縮振動和彎曲振動吸收，其中在1088 cm-1左右的吸收對應Si-O-Si的非對稱伸縮振動，464 cm-1處峰則由Si-O-Si鍵的彎曲振動引起的。在圖1b中，2934 cm-1處的吸收峰是由于APTES的鍵連而引入的飽和C-H的伸縮振動；1500～1390 cm-1為甲基、亞甲基的彎曲振動；1594cm-1則為氨基的N-H剪式振動；3000 cm-1以上的N-H伸縮振動與MBG原有的硅羥基伸縮振動重合，這些飽和C-H和N-H振動峰的出現表明硅烷偶聯劑APTES已經接枝到MBG粉體的表面[13]。

圖2是CMC Gel/SBG復合海綿的紅外譜圖。從圖中可知，463 cm1處的吸收峰為SBG中Si—O—Si的彎曲振動；1650 cm-1處C=N伸縮振動，表明CMC、Gel中的氨基和香草醛中的醛基發生了席夫堿反應，并且SBG的加入不影響氨基和醛基之間的席夫堿反應。

2.2 掃描電鏡分析

圖3分別是海綿敷料正面及截面的SEM照片。由圖3可見，所得海綿由表面的致密層和內部的多孔層構成。從圖3a可以清楚地看到材料為多孔結構；從圖3b可以看到孔是蜂窩結構或多孔片層堆積而成的三維立體片層結構，且孔的連通性比較好。而且生物活性玻璃顆粒被有機相包裹在孔壁內，很少裸露。

2.4 復合海綿的性能參數

從表1中可知，海綿在蒸餾水中的吸水率遠大于在生理鹽水溶液中的吸水率。這是因為羧甲基殼聚糖和明膠分子中有帶電基團，使得生理鹽水中的離子對其產生靜電屏蔽作用，從而阻礙分子擴展，導致吸水率下降。另外根據性能參數，可得CMC–Gel/SBG復合海吸水性、透氣性、保濕性較高，可使傷口沒有積液，保持創面濕潤，有利于傷口愈合，有望在醫用濕性敷料領域得到廣泛的應用。

3 結語

該文主要研究了采用溶膠凝膠法制備多孔生物活性玻璃，并對其進行了表面改性，然后采用綠色無毒的香草醛作為交聯劑，將改性后的多孔生物活性玻璃與羧甲基殼聚糖、明膠復合得到復合海綿。

（1）采用溶膠凝膠法制備出了多孔生物活性玻璃并對其進行了表面接枝改性。溶膠凝膠法制備的生物活性玻璃不僅處理溫度比較低，而且是由大量的微球構成，微球周圍形成大量微孔結構，從而導致材料具有高比表面積。改性后的生物玻璃與有機相的相容性有所提高。

（2）采用真空凍干法制備出了CMC Gel/SBG復合海綿。所得的復合海綿狀敷料具有多孔性，吸水性、保濕性和透氣性較高，是理想的醫用濕性敷料。

參考文獻

[1] Oonishi H，Kushitani S，Yasukawa E，et al.Particulate bioglass compared with hydroxyapatite as a bone graft substitute[J].Clinical Orthopaedics and Related Research，1997，334（1）：316-325.

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[12] 李冬梅.明膠在乳制品中的應用[J].食品工業，1988（3）：33-36.

[13] 盧玲，游文瑋，王迎軍，等.生物活性玻璃的表面修飾及其細胞相容性[J].復合材料學報，2011，28（1）：114-118.endprint

（5）相對保濕性測定

將所制海綿剪成2 cm×2 cm的樣品，精密稱定質量為（W1）。將其浸入裝有50 mL蒸餾水的小燒杯中，待其吸水達飽和后，用鑷子小心取出，用濾紙吸去表面的水分，精密稱定質量（W2），然后將吸水后的海綿放入裝有硅膠的干燥器中，室溫下放置10 h，精密稱定質量（W3）。相對保濕性表示為：Q=（W3-W1）/（W2-W1）×100%。

（6）透氣率測定

將兩個廣口瓶內裝滿蒸餾水，用所制海綿密封一個瓶口，以不封口的廣口瓶為對照，室溫放置24 h，計算透氣率：透氣率=24 h失水量/對照失水量×100%。

2 結果與討論

2.1 紅外光譜分析

圖1為經硅烷偶聯劑修飾前后生物活性玻璃的FTIR譜圖。在圖1a中，3490 cm-1處為MBG表面的硅羥基和結合水羥基的伸縮振動吸收峰，由于羥基間的締合導致峰型變寬；1640 cm-1處為MBG毛細孔和表面吸附的水引起的反對稱O-H彎曲振動；圖譜中最明顯的吸收峰是Si-O-Si基團的伸縮振動和彎曲振動吸收，其中在1088 cm-1左右的吸收對應Si-O-Si的非對稱伸縮振動，464 cm-1處峰則由Si-O-Si鍵的彎曲振動引起的。在圖1b中，2934 cm-1處的吸收峰是由于APTES的鍵連而引入的飽和C-H的伸縮振動；1500～1390 cm-1為甲基、亞甲基的彎曲振動；1594cm-1則為氨基的N-H剪式振動；3000 cm-1以上的N-H伸縮振動與MBG原有的硅羥基伸縮振動重合，這些飽和C-H和N-H振動峰的出現表明硅烷偶聯劑APTES已經接枝到MBG粉體的表面[13]。

圖2是CMC Gel/SBG復合海綿的紅外譜圖。從圖中可知，463 cm1處的吸收峰為SBG中Si—O—Si的彎曲振動；1650 cm-1處C=N伸縮振動，表明CMC、Gel中的氨基和香草醛中的醛基發生了席夫堿反應，并且SBG的加入不影響氨基和醛基之間的席夫堿反應。

2.2 掃描電鏡分析

圖3分別是海綿敷料正面及截面的SEM照片。由圖3可見，所得海綿由表面的致密層和內部的多孔層構成。從圖3a可以清楚地看到材料為多孔結構；從圖3b可以看到孔是蜂窩結構或多孔片層堆積而成的三維立體片層結構，且孔的連通性比較好。而且生物活性玻璃顆粒被有機相包裹在孔壁內，很少裸露。

2.4 復合海綿的性能參數

從表1中可知，海綿在蒸餾水中的吸水率遠大于在生理鹽水溶液中的吸水率。這是因為羧甲基殼聚糖和明膠分子中有帶電基團，使得生理鹽水中的離子對其產生靜電屏蔽作用，從而阻礙分子擴展，導致吸水率下降。另外根據性能參數，可得CMC–Gel/SBG復合海吸水性、透氣性、保濕性較高，可使傷口沒有積液，保持創面濕潤，有利于傷口愈合，有望在醫用濕性敷料領域得到廣泛的應用。

3 結語

該文主要研究了采用溶膠凝膠法制備多孔生物活性玻璃，并對其進行了表面改性，然后采用綠色無毒的香草醛作為交聯劑，將改性后的多孔生物活性玻璃與羧甲基殼聚糖、明膠復合得到復合海綿。

（1）采用溶膠凝膠法制備出了多孔生物活性玻璃并對其進行了表面接枝改性。溶膠凝膠法制備的生物活性玻璃不僅處理溫度比較低，而且是由大量的微球構成，微球周圍形成大量微孔結構，從而導致材料具有高比表面積。改性后的生物玻璃與有機相的相容性有所提高。

（2）采用真空凍干法制備出了CMC Gel/SBG復合海綿。所得的復合海綿狀敷料具有多孔性，吸水性、保濕性和透氣性較高，是理想的醫用濕性敷料。

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[13] 盧玲，游文瑋，王迎軍，等.生物活性玻璃的表面修飾及其細胞相容性[J].復合材料學報，2011，28（1）：114-118.endprint