鑭系銪配位羧甲基殼聚糖止血海綿的研究

王曉晨，李紅梅，張偉偉，郈秀菊

(山東省藥學科學院，山東省醫用高分子材料重點實驗室，山東 濟南 250100)

1 引 言

羧甲基殼聚糖(carboxymethyl chitosan，CMCS)為天然高分子多糖-殼聚糖羧甲基化的衍生產物[1-3]。羧甲基殼聚糖不但改善了殼聚糖的水溶性，而且增強了抑菌活性[3-4]。改性后多糖分子結構上存在羧甲基使羧甲基殼聚糖還可以作為一種有機配體，當該配體的三重態能級和鑭系金屬銪離子(Eu3+)的共振發射能級匹配時，就能存在一個高效能量傳遞的過程，發射出紅色特征熒光，具有優良的發光性能[5-8]。鑭系金屬元素在醫藥領域廣泛應用于抗血栓藥物、抗炎藥物等[9-10]，但是用于標記傷口感染和光學顯示的醫用敷料領域鮮有報道。

本研究以羧甲基殼聚糖與鑭系金屬銪水合物進行配位，復合其他醫用輔料，經發泡和冷凍干燥工藝制備得到鑭系銪配位羧甲基殼聚糖止血海綿。該敷料表面多孔，且孔隙均勻，具有優良的止血抑菌性和特征熒光性能。

2 材料與方法

2.1 原料試劑

羧甲基殼聚糖(CMCS)購于青島弘海生物技術有限公司，脫乙酰度90%；氧化銪(Eu2O3)，吐溫80(T80)購于國藥集團化學試劑有限公司；濃鹽酸(HCl)、四氫呋喃、乙醇、甲醇、丙酮均為分析純，購于天津市大茂化學試劑廠；丙三醇、丙二醇均為分析純，購于天津市富宇化學試劑廠；大腸桿菌、枯草桿菌、金黃色葡萄球菌購于山東省疾病預防控制中心；沙氏培養基購于杭州天和微生物試劑有限公司；營養瓊脂培養基購于上海源聚生物科技有限公司。

2.2 儀器設備

熒光分光光度計：Perkin Elmer 公司 LS-55型；真空干燥箱：上海樹立儀器儀表有限公司 ZKXF型；SM-7800F超高分辨率場發射掃描電子顯微鏡(SEM)：日本JEOL電子株式會社。

2.3 實驗方法

稱取一定量的Eu2O3溶于濃鹽酸制備六水合氯化銪(EuCl3·6H2O)[5-8]。

按照原料質量配比1∶1稱取CMCS和EuCl3·6H2O，溶于25 ml四氫呋喃磁力攪拌反應4 h。加入50 ml甲醇回流0.5 h，過濾后分別用甲醇、水、丙酮洗滌3次得粗產品。將粗產品加入20 ml四氫呋喃和50 ml甲醇混合溶液，回流1 h，重復上述洗滌過程[5-8]。洗滌產物放入真空干燥箱中，55℃干燥10 h，得到產物鑭系銪配位的羧甲基殼聚糖粉末，簡稱為CMCS-Eu,收率92%～95%。

取8 g CMCS-Eu粉末，加入2.5 g丙三醇、1 g丙二醇、0.5 g T80，88 g去離子水，高速機械發泡1 h，-70℃冷凍1 h，-45℃冷凍干燥10 h，得到鑭系銪配位羧甲基殼聚糖止血海綿[11]，簡稱為CMCS-Eu止血海綿。

3 結果與討論

3.1 掃描電鏡(SEM)分析

圖1為CMCS-Eu止血海綿的掃描電鏡圖片，敷料為多孔層狀，呈分散和聚集態的物理形貌為其應用于大量吸液、快速止血的醫用敷料提供了基礎[5-6,11]。

圖1 CMCS-Eu止血海綿的SEM圖像

3.2 吸液倍率測試

稱取CMCS-Eu止血海綿 0.5 g，置于潔凈干燥的培養皿中，稱重m1，加入適量試驗液[12]待吸液飽和后，倒出多余試驗液，稱重m2，根據公式(1)計算吸液倍率(A)，經多次測試后，吸液倍率為30～33倍。

A=(m2-m1)/0.5

(1)

3.3 熒光光譜分析

CMCS-Eu止血海綿的激發光譜見圖2。通過檢測含銪復合材料在617 nm 處的發射強度隨激發波長的變化而測定激發光譜。CMCS-Eu止血海綿在275 nm處呈現出一個寬吸收峰，該現象證明銪離子發生了配位[5-8]，故顯示出Eu3+與CMCS的羧甲基存在能量傳遞，該材料具備發光性能。

圖2 CMCS-Eu止血海綿的激發光譜

在298 K，275 nm波長的紫外光激發可檢測到銪離子紅色發射光譜。含銪敷料的發射波長分別對應于Eu3+離子的三重態能級至不同單重態能級之間的躍遷，分別是5D0→7F1躍遷(590 nm處)，5D0→7F2躍遷(616 nm處)[5-8]。說明CMCS的羧甲基基團與Eu3+離子間存在有效地能量傳遞過程。

圖3 CMCS-Eu止血海綿的發射光譜

3.4 大鼠背部止血實驗

選取6只280～320 g健康Wistar大鼠，雌雄各半，隨機分為3組，每組2只大鼠，分別是空白對照組、紗布包扎組和CMCS-Eu止血海綿組。大鼠麻醉固定于手術臺，背部去毛、消毒后，切取1cm×1cm的皮膚，待血液充滿創面，根據分組采取敷壓止血措施，記錄止血時間，觀察敷料與創面的粘合情況。結果見表1，CMCS-Eu止血海綿組能在較短時間內止血，流血量少，可以粘結附著創面，凝血效果好，能有效達到止血目的。

表1 CMCS-Eu止血海綿的大鼠背部止血實驗結果

3.5 抑菌試驗

以CMCS-Eu止血海綿為抑菌試樣，分別對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草桿菌進行抑菌試驗[1,4]。將CMCS-Eu止血海綿剪成直徑6 mm圓形片經輻照滅菌、干燥，浸于營養瓊脂、沙氏培養基4 min，吸飽和后作為備用試樣。將浸有無菌水的濾紙片作為空白試樣進行對照。

所用器皿均需無菌，操作過程保證在無菌環境中進行。將三種供試菌分別均勻涂布在含營養瓊脂、沙氏培養基的培養皿中，再用無菌眼科鑷子將備用試樣和空白試樣貼于上述涂布菌種的培養基上，置37℃培養18～24 h，觀察、測量并記錄抑菌圈大小。

抑菌試驗結果見表2。通過抑菌試驗可知，CMCS-Eu止血海綿對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草桿菌均有一定的抑菌作用，對金黃色葡萄球菌的抑菌作用略高于枯草桿菌和大腸桿菌。

表2 CMCS-Eu止血海綿的抑菌圈直徑(mm)

4 結論

羧甲基殼聚糖分子結構上的羧甲基與鑭系金屬銪鹽配位，復合其他醫用輔料制備得到鑭系銪配位羧甲基殼聚糖止血海綿。

該止血海綿呈多孔洞和大粒徑的物理形貌能大量吸液、快速止血，吸液率可達到30～33倍，用于大鼠背部止血實驗時，能迅速止血，粘結附著創面，凝血效果好，具有優異的吸液止血性能。該止血海綿對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草桿菌均有一定的抑菌作用，對金黃色葡萄球菌的抑菌作用略高于枯草桿菌和大腸桿菌。而且Eu3+與CMCS中的羧甲基存在有效的能量傳遞過程，能發出紅色特征光，賦予該止血海綿良好的熒光性能。

該止血海綿既具有羧甲基殼聚糖良好的吸濕抑菌性，兼具鑭系銪配合物穩定的發光性能，可用于創面止血、抑菌，還可用于特殊標記傷口感染區域和特征光學顯示等。該材料拓寬了殼聚糖傷口護理敷料的應用，在外科手術和家庭護理等方面具有很好的前景。