介孔二氧化硅復合水凝膠止血材料的制備及粘附性能測試與應用效果

楊育紅，郝海紅，楊秀榮，宋香全

(1.邢臺市第三醫院，河北 邢臺 054001； 2.邢臺醫學高等專科學校，河北 邢臺 054000)

術后的外傷創口止血問題是外科手術常見的重點。傳統的縫合止血其弊端在于止血效果慢，容易出現感染，因此局部止血劑成為臨床醫學研究的熱點。目前，主要的局部止血材料大量采用一些高科技材料，其中包括明膠海綿、纖維蛋白膠等，這類材料止血效果好，具有良好的抗菌性和消炎作用。基于該類材料的作用，結合我院重癥醫學科2021年5月～2022年7月手術的部分重癥手術患者腹部傷口采用的止血凝膠材料效果進行回歸性分析，現報道如下：

1 材料與方法

1.1 材料的制備

對照組采用傳統縫合止血方式，先用生理鹽水對傷口進行清洗；然后對傷口進行縫合。

實驗組則是在傷口處涂抹止血的凝膠材料。本研究采用的凝膠材料其組分包括：十六碳烯-1-乙酸(HAD)、P123、HCl、氨水(NH3·H2O)、異丙醇(IPA)、正硅酸乙酯(TEOS)、丙烯酰胺(AAM)、過硫酸銨(APS)、四甲基乙二胺(TEMED)、2,2-二苯基-1-苦基肼(DPPH)，等。首先制備介孔二氧化硅，然后制備Ag/介孔二氧化硅復合水凝膠止血材料。

1.1.1介孔二氧化硅的制備

通過溶膠-凝膠法制作介孔二氧化硅球。在制作過程中，利用硅源和催化劑獲得介孔二氧化硅材料，以表面活性劑作為介孔材料的結構導向劑。介孔二氧化硅材料經由水解、縮合、老化等處理過程而制得溶膠凝膠，其后經過干燥、煅燒等處理過程，即可獲得介孔材料。

在實際操作中，首先稱取5.1 g十六碳烯-1-乙酸(HAD)置于稱量紙上，HAD在制備工藝中發揮表面活性劑的作用。之后，將HAD倒入350 mL去離子水中，并利用超聲波USC進行振動以輔助溶解。然后，將382 mL異丙醇溶液(IPA)加入到HAD混合液中，對混合液進行水浴加熱并持續攪拌，逐步提高水浴溫度至60 ℃，期間看到原本乳白色的混合液逐漸變得透明。待混合液變得透明清澈以后，將2.5 mL氨水加入混合液中，并保持60 ℃恒溫條件持續攪拌1 h，之后添加27.07 g硅源正硅酸乙酯(TEOS)，繼續攪拌15 h直至充分反應。待反應結束，從水浴鍋中取出混合液自然冷卻，對冷卻后的混合液進行多次離心、洗滌操作，然后轉移到烘箱內進行干燥，即可得到白色粉末狀產物。最后，把白色粉末加入馬弗爐內，設定溫度550 ℃進行煅燒，最終制備出介孔二氧化硅。

1.1.2Ag/介孔二氧化硅復合水凝膠止血材料的制備

本次試驗采取離子交換法制備Ag/介孔二氧化硅。把適量介孔二氧化硅粉末添加到500 mL濃度為 0.1 mol/L的硝酸銀溶液內，在陰暗、常溫環境中持續攪拌8 h，經離心處理獲得產品，將之轉移至60 ℃烘干機內，經過6 h烘干即可獲得Ag/介孔二氧化硅樣品。

在上述制備的基礎上，凝膠材料通過抗菌性和粘附性能對材料進行了測定。

1)抗菌性能測試

凝膠廠家通過選用大腸桿菌進行抗菌性能測試。第1步是要激活細菌，把20 μL細菌添加至2 mL培養液內，在實驗室培養24 h。第2步是實現細菌的傳代培養，分別量取100 μL的培養基各自加入96孔板的孔洞中，之后將4 μL的樣品浸泡液注入第1個孔，并用移液槍吹打混合液使之混勻，然后對樣品浸泡液進行2倍稀釋，再在每一孔中加入稀釋好的菌液100 μL，如此重復3次。第3步是把96孔板轉移到恒溫培養箱中，在37 ℃條件下培養24 h，并測定混合液的吸光度值。

抑菌率的計算公式：

抑菌率=(OD1-OD2)/OD1×100%

(1)

式中：OD1、OD2分別表示空白菌液及其添加樣品浸泡液后的吸光度。

2)粘附性能測試

為探究復合水凝膠止血材料的粘附性，通過測量水凝膠對于皮膚的粘附強度來模擬測定其粘附性能。在實操中，把水凝膠放置在2塊豬皮之間25 mm(L)×20 mm(W)的粘合面積上，隨后靜置30 min；之后利用通用測試儀進行拉伸測試，設定拉伸速度為5 mm/min，直至2塊豬皮之間粘附失效。

粘合強度的計算公式：

粘合強度=Fmax2/S2

(2)

其中，底面積S2的計算公式：

S2=L×W

(3)

式中：Fmax2表示在拉至失效以前測定的最大應力。

3)X射線衍射圖譜測定

利用D/max-2200/PC型全自動X射線衍射儀測定介孔二氧化硅材料的X射線圖譜(XRD)，樣品掃描范圍5°～90°。

4)傅里葉紅外光譜表征

本次試驗利用Bruker VERTEX70型衰減全反射傅里葉變換紅外光譜儀測定介孔二氧化硅和水凝膠材料的紅外光譜，用以分析它們的化學結構。本次測試設定的采樣速率是55張譜/s，信噪比為55 000∶1，以及測量譜區30 000～10 cm-1。

1.2 一般資料

回歸性選取2021年5月～2022年7月收治的42例腹部腫瘤切除患者。其中采用凝膠材料進行腹部傷口處理的23例患者作為實驗組，平均年齡(55.30±6.75)歲，女性12例，男性11例；采用縫合止血的19例患者作為對照組，平均年齡(52.25±7.75)歲。2組患者在一般資料上無統計差異(P>0.05)。

1.3 觀察指標

觀察重癥患者術后的出血量、疼痛感、異物感、止血有效率等指標。

1.4 統計學方法

采用SPSS 22.0軟件統計分析，比較采用χ2檢驗，以“P<0.05”為統計顯著。

2 結果與分析

2.1 材料的基本性能分析

2.1.1表面形貌表征

介孔二氧化硅、Ag/介孔二氧化硅的TEM圖像如圖1所示。

圖1 介孔二氧化硅和Ag/介孔二氧化硅的 TEM圖像Fig.1 TEM images of mesoporous and Ag/mesoporous

從圖1(a)可以看出，介孔二氧化硅表層粗糙，雜亂分布著許多互通互聯的通道，在邊緣區域存在籠狀結構；這些通道大多是裸露在外的，從而強化了介孔二氧化硅的表面改性。從圖1(b)可以看出，Ag/介孔二氧化硅是由依附于介孔二氧化硅邊緣的帶有黑色斑點的橢圓形或球形構造的，這些黑色斑點實際上是氧化銀團聚物。在乙醇溶液中，吸附于硅表面的硝酸銀很難被還原，但在經歷了烘干處理以后，許多硝酸銀因光照和高溫而發生分解生成了氧化銀；氧化銀團聚而成為橢圓形或球形的黑色斑點，這也被認為是合成Ag/介孔二氧化硅材料的標志。相較于未經Ag+修飾的介孔二氧化硅材料，Ag/介孔二氧化硅材料表層的三維通道結構并未發生明顯變化，通道連通性以及孔徑大小均未改變，可是通道結構的表面新增了覆蓋層而影響其視野清晰度，這也間接證實了Ag+對介孔二氧化硅材料進行了修飾。

2.1.2能譜分析

對Ag/介孔二氧化硅材料進行了EDS能譜分析，其元素分布結果如表1所示。

表1 Ag/介孔二氧化硅的元素分布Tab.1 Element distribution of Ag/mesoporous

由表1可知，在樣品材料中有Ag元素的存在，其質量分數為1.8%，這證實材料中合成了Ag/介孔二氧化硅。

2.1.3X射線衍射圖譜表征

介孔二氧化硅、Ag/介孔二氧化硅的廣角XRD圖譜如圖2所示。

圖2 介孔二氧化硅和Ag/介孔二氧化硅的 X射線衍射圖譜Fig.2 X-ray diffraction patterns of mesoporous and Ag/mesoporous

從圖2可以看出，介孔二氧化硅和Ag/介孔二氧化硅在20°～30°內都出現且僅出現一個衍射峰，并且該衍射峰具備非晶態特征。相關研究證實，非晶態介孔二氧化硅材料的毒性明顯弱于晶態介孔二氧化硅的毒性；而經過Ag+修飾后的Ag/介孔二氧化硅材料仍保持非晶態，這使其具備較低的毒性和良好的安全性。

2.1.4粘附性能測試

Ag/介孔二氧化硅復合水凝膠材料的粘附性能測試結果如圖3所示。

圖3 Ag/介孔二氧化硅復合水凝膠材料的粘附力Fig.3 Adhesion of Ag/mesoporous composite hydrogel material

2.1.5抗菌性能評價

制備的水凝膠材料的抗菌效果如表2所示。

表2 Ag/介孔二氧化硅復合水凝膠材料的抑菌率Tab.2 Antibacterial rate of Ag/mesoporous hydrogel material

由表2可知，在添加等量樣品浸泡液的前提下，添加Ag/介孔二氧化硅的菌液相較于添加介孔二氧化硅的菌液表現得更加澄清，這說明引入Ag+能夠改善材料的抗菌性能。究其成因，Ag+能夠依附于細菌的細胞壁上，從而切斷細菌的膜間交換，致使一部分細菌死亡。另外，Ag+與細菌內分子發生反應而影響其正常的新陳代謝；還有，Ag+能夠與細胞色素b、巰基組織蛋白等功能蛋白相互作用，從而大幅增多了細菌體內的活性氧(ROS)，致使吸進死亡率升高。

2.2 敷料應用效果

2.2.12組患者術后出血、疼痛和異物感的比較

2組患者在術后異物感和傷口出血方面，觀察組術后出血5.8%，低于對照組的33%(P<0.05)；觀察組與對照組在術后的疼痛方面無統計學意義(P>0.05)，具體結果如表3所示。

表3 術后患者在疼痛、術后出血和異物感的比較Tab.3 Comparison of postoperative pain, postoperative bleeding and foreign body sensation

2.2.22組患者術后的止血有效率的比較

術后止血有效率比較，結果如表4所示。

表4 術后患者止血有效率比較Tab.4 Comparison of hemostatic efficacy of postoperative patients

由表4可知，實驗組的止血有效率為87%，對照組的止血有效率為68%，通過統計學分析，得出2組止血有效率有統計學意義(P<0.05)。由此說明，實驗組的止血效果優于對照組，換句話說，使用Ag/介孔二氧化硅水凝膠能更好地發揮止血效果。

3 討論

本研究中使用的水凝膠材料中，其主要含有Ag+。Ag+的加入，一方面具有殺菌消炎的作用；另一方面，也促進了傷口的愈合。從上述的術后出血指標的比較看，采用凝膠的觀察組其術后出血率要明顯低于傳統的對照組。通過統計學數據看，在止血有效率和術后異物感方面，都有統計學意義。而在術后疼痛的比較看，沒有統計學意義；具體原因可能是因為重癥醫學科在腹部腫瘤方面的病例不多，導致數據統計存在一定的誤差。因此，需要更多的病例分析通過水凝膠敷料可減少疼痛感。