用于負壓封閉引流的氧化石墨烯改性聚乙烯醇海綿的的制備及其性能

摘要：通過對氧化石墨烯改性聚乙烯醇海綿和普通聚乙烯醇海綿進行保水性研究，結果表明：前者中央部分柔軟含有水，后者堅硬不含水。而回彈性研究表明：前者抽負壓后遇水20秒可以恢復彈性，后者抽負壓后遇水40秒才恢復彈性，前者比后者快20秒。進行撕裂性能的研究：前者的撕裂強度為160，后者的撕裂強度為142，前者韌性更好。對海綿孔徑顯微鏡觀察，前者比后者的單位面積孔隙更多，層次也更多。對海綿的抑菌圈實驗表明，氧化石墨烯改性聚乙烯醇海綿較普通聚乙烯醇海綿和利凡諾，慶大霉素和呋喃西林的抑菌效果更明顯，針對大腸桿菌，金黃色葡萄球菌，綠膿桿菌的抑菌圈直徑分別為0.5～0.6cm，1.8～2.0cm，0.6～0.8cm。在臨床雙盲實驗中，30例骨質疏松性骨折患者，隨機分組，各15例，采用雙盲法給與氧化石墨烯改性聚乙烯醇海綿和普通聚乙烯醇醫用海綿用于創面，前者肉芽組織生長評分為2.07+0.521，后者為1.80+0.484，前者優于后者。

關鍵詞：石墨烯改性聚乙烯醇海綿;負壓封閉引流技術;保水性;回彈性;撕裂性能;抑菌效果;臨床試驗

1.引言

創面治療的負壓封閉引流技術，是一種創面修復方式：通過將醫用海綿覆蓋于創面，并用半透膜進行密封，同時連接負壓動力源，使局部處于負壓環境，從而可以將創面的壞死組織和滲透液通過引流管排出體外，為創面修復和后期恢復創造良好生長環境。由于聚乙烯醇海綿具有良好的生物相容性和親水性和機械強度[1]，對人體無害，對皮膚無刺激性，所以被廣泛的用于通常用作負壓封閉引流技術的醫用海綿。一般來說，在臨床使用的過程中，一張海綿與創面接觸的時間可以長達7天，但結果顯示：在抽吸3-7天后，聚乙烯醇海綿會發生不同程度地變干的情況，保水性顯著下降的情況。因此對聚乙烯醇海綿進行抑菌，保水性和保濕方面以及機械強度的改性，有著迫切的需求。

本實驗制備了氧化石墨烯海綿，并且對其保水性能，回彈性能，抑菌性能做了研究，同時通過對臨床使用反饋進行了統計分析，結果表明氧化石墨烯海綿在以上性能上都優于普通的聚乙烯醇海綿，能夠有效解決臨床使用上的問題。

2.實驗部分

1.1材料與儀器

2.1.1 試劑

聚乙烯醇（PVA，平均聚合度為2488，日本可樂立），石墨烯（鄭州富樂化工），甲酸（國藥集團化學試劑有限公司），硫酸（國藥集團化學試劑有限公司），山梨酯（國藥集團化學試劑有限公司 ），甲醛（ 國藥集團化學試劑有限公司），戊二醛（ 國藥集團化學試劑有限公司），預混營養瓊脂平板（青島日水生物技術有限公司），預混玫瑰紅鈉瓊脂（青島日水生物技術有限公司），利凡諾（江蘇恒大生物科技有限公司），慶大霉素（鄭州海壹化工產品有限公司），和呋喃西林（亮峰衛生用品有限公司），金黃色葡萄球菌（武漢大學菌種保藏中心），綠膿桿菌（武漢大學菌株保藏中心），大腸桿菌菌株（武漢大學菌株保藏中心）

2.1.2 儀器與設備

反應釜（定制），輻照設備（中金輻照武漢有限公司），真空冷凍干燥機（上海拓紛機械設備有限公司）

保水性能測試：負壓吸引機（武漢凱信醫療設備有限公司）

回彈性能測試：負壓吸引機（武漢凱信醫療設備有限公司）

撕裂性能測試：拉力測試機（蘇州拓博機械設備有限公司）

抑菌圈測試：超凈工作臺（蘇州凈化設備有限公司）

2.2氧化石墨烯改性聚乙烯醇海綿的制備方法

將聚乙烯醇溶于水中，得到聚乙烯醇溶液，然后加入氧化石墨烯，再依次加入發泡劑山梨酯，催化劑硫酸和交聯劑甲醛，并在溫度為55-95攝氏度條件下固化形成氧化石墨烯改性海綿，然后利用蒸餾水清洗到pH=6.8～7.3，切割成15×10×1cm規格，25kgy劑量輻照滅菌處理，保存。其中各成分含量為氧化石墨烯氧化石墨烯0.78g/L，聚乙烯醇聚乙烯醇96.19g/L，發泡劑山梨酯5g/L，交聯劑甲醛150g/L，催化劑硫酸110g/L。

2.3 性能檢測方法

2.3.1 保水性能測試：

將切割好的規格為15×10cm，厚度為1厘米的海綿吸收50ml蒸餾水后，利用負壓吸引機在200mmhg負壓下進行臨床模擬抽吸實驗，72小時后，觀察海綿狀態。

2.3.2 回彈性能測試：

將海綿用負壓吸引機（負壓值設置在0.06MPa）抽吸72小時，觀察海綿經負壓抽吸后的變干狀態，并同時記錄海綿吸水恢復狀態和恢復所需時間。

2.3.3 撕裂性能測試：

將海綿利用拉力測試機進行拉力測試，測定撕裂強度，測試標準為GB/T6344-2008/ISO 1798：2008。

2.3.4 海綿孔徑顯微觀察：利用普通光學顯微鏡的10倍物鏡放大鏡觀察海綿的三維結構，比較孔徑等微觀細節。

2.3.5抑菌性能測試：

將三種抗生素（利凡諾，慶大霉素和呋喃西林）按稀釋倍率1×，1/5×，1/20×三個濃度制備，然后將1×1cm無菌紗布浸入至對應抗生素相應濃度，取出3張1×1cm浸潤紗布（不滴水）加蓋一層無菌干沙布。

取金黃色葡萄球菌，綠膿桿菌，大腸桿菌菌株分別接種到固體培養基上，置于溫箱中37攝氏度培養24小時，用接種環挑單菌落到2ml生理鹽水試管中制備菌懸液。取100ul菌懸液均勻徒步與培養基，放置約30min后，放入處理好的紗布（3層浸潤抗生素紗布+1層無菌紗布），置于溫箱中37攝氏度培養24小時，觀察模塊周圍細菌生長。

將海綿切成直徑1×1cm大小模塊。取金黃色葡萄球菌，綠膿桿菌，大腸桿菌菌株分別接種到固體培養基上，置于溫箱中37攝氏度培養24小時，用接種環挑單菌到2ml生理鹽水試管中制備菌懸液。取100ul菌懸液均勻涂布于培養基，放置約30分鐘后，放入消毒的材料模塊各10塊，置于溫箱中37攝氏度培養24小時，觀察模塊中周圍細菌生長。

2.4 臨床測試：

30例骨質疏松性骨折患者，隨機分組，即實驗組和對照組，各15例，采用雙盲法分別給與氧化石墨烯改性海綿和普通聚乙烯醇醫用海綿用于創面。兩組性別，年齡情況相當。

將海綿置于創面表層，覆蓋整個創面，實驗組和對照組均采用相同的負壓0.06MPa進行抽吸，一周后觀察創面肉芽生長情況。

統計學分析：用SPSS19.0軟件進行統計學分析，數據以（X+S）表示，采用t檢驗，以（Plt;0.05）為差異有統計學意義。

3.實驗結果

3.1 "保水性能測試結果

組別 狀態 結論

A：聚乙烯醇海綿 完全抽吸干，海綿手感堅硬如石塊 保水性能差

B：氧化石墨烯聚乙烯醇改性海綿 海綿四個角干透，中間部分未干透，柔軟 保水性能良好

3.2 "回彈性能測試結果

組別 狀態 吸水基本恢復時間（s） 結論

A：聚乙烯醇海綿 撤去負壓后，海綿變薄，完全干硬，5分鐘后未完全恢復 40 回彈性能一般

B：氧化石墨烯改性聚乙烯醇海綿 撤去負壓后，海綿略變薄，四角變干硬，其余部位柔軟 20 回彈性能良好

3.3 "撕裂性能測試結果

組別 斷裂伸長率 結論

A：聚乙烯醇海綿 142 斷裂伸長率值低，較容易撕裂。

B：氧化石墨烯改性聚乙烯醇海綿 160 斷裂伸長率值高，更不容易撕裂。

3.4 "海綿顯微觀察

普通聚乙烯醇海綿氧化石墨烯聚乙烯醇改性海綿在10倍物鏡放大鏡下觀察，可以看出氧化石墨烯聚乙烯醇改性海綿的單位面積孔隙更多，層次也更多，間接的可以鎖住水分，使海綿的保水性更好。

3.5 ""抑菌性能測試

3.6 """臨床測試

一周后，實驗組在創面表面均生長出新鮮的肉芽組織，而觀察對照發現，部分較嚴重創面肉芽組織較難觀測到。

A：聚乙烯醇海綿 15 2.07+0.521

B：氧化石墨烯聚乙烯醇改性海綿 15 1.80+0.484

4.討論

4.1本研究，通過利用氧化石墨烯改性的聚乙烯醇海綿理化性能：不只是在保水性，回彈性能，以及斷裂伸長率，還是泡沫孔隙的三維結構都優于普通的聚乙烯醇海綿，這些理化性能提升，直接提高了氧化石墨烯改性的聚乙烯醇海綿在臨床使用過程中的反饋評價。尤其是用負壓吸引機（負壓值設置在0.06MPa）抽吸并利用半透膜密封的濕態海綿時，改性海綿不易碎，不掉渣，柔韌性好，并且海綿的失水狀態，孔隙結構壓迫狀態，都優于普通的聚乙烯醇海綿，間接使傷口的肉芽生長狀態變好。

4.2利用氧化石墨烯改性的聚乙烯醇海綿抑菌能力的提升十分明顯，顯著優于普通的聚乙烯醇海綿，能更有效的殺滅肉芽組織上的細菌，促進肉芽組織生長。

4.3 統計分析臨床的雙盲實驗，也直接證明了利用氧化石墨烯改性的聚乙烯醇海綿對傷口的肉芽生長的積極作用較普通海綿優異。

參考文獻：

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