一種可注射的水凝膠止血材料粘附性能分析及應用效果

高歌 李蠡 王守艷 張麗 劉通

摘 要：為探究可注射水凝膠止血材料在患者手術中的應用效果，在采用的NSC/OHA水凝膠止血材料制備方法和基本性能基礎上，研究腹部腫瘤手術患者應用NSC/OHA水凝膠止血材料的應用效果，并與采用傳統縫合止血的進行對比。結果表明，NSC/OHA水凝膠止血材料具有良好的粘附性能和抗菌能力；臨床應用方面，在術后出血和感染方面與傳統止血組都具有統計學意義（P<0.05）。這表明采用的NSC/OHA水凝膠止血材料可減輕手術患者術后出血率，具有一定的臨床應用價值。

關鍵詞：可注射水凝膠；止血效果；粘附性能；抗菌能力

中圖分類號：TQ427.2+6

文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2023）04-0105-05

Adhensive performance analysis and application effect of an injectable hemostatic hydrogel material

GAO Ge1，LI Li1，WANG Shouyan1，ZHANG Li1，LIU Tong2

（1.Harbin Medical University Cancer Hospital，Haerbin 150076，China;

2.Harbin Medical University，Haerbin 150076，China））

Abstract：In order to explore the hemostatic application effect of injectable hemostatic hydrogel materials in surgery，based on the preparation method and basic performance of NSC/OHA hydrogel hemostatic materials adopted in this study，the application effect of NSC/OHA hydrogel hemostatic materials in abdominal tumor surgery patients was reviewed.The patients were compared with those who used traditional suture to stop bleeding.The results showed that NSC/OHA hydrogel hemostatic material had good adhesion and antibacterial ability.In terms of clinical practice，it was considered statistically superior to the conventional hemostasis group in terms of both postoperative bleeding and infection （P<0.05）.This indicates that the NSC/OHA hydrogel hemostatic material used in this study can reduce the postoperative bleeding rate of patients undergoing tumor surgery，and has certain clinical application value.

Key words：injectable hydrogel;hemostatic effect;adhesion property;antibacterial ability

傳統縫合止血法雖然對組織的完整性具有一定的保護，能夠減小對腫瘤周圍組織的傷害，但其操作較為復雜、耗時較長，出血部位很容易發生感染。止血帶、紗布、繃帶和海綿等傳統止血材料在治療出血方面顯示出非常有限的療效，這導致了人們對開發新型止血材料和技術產生了廣泛興趣。得益于生物相容性、降解性、可注射性、可調機械性能以及促進凝血、傷口愈合和抗感染的潛在能力，基于水凝膠的生物材料，特別是基于天然多糖和蛋白質的生物材料，在過去幾年的研究中得到了越來越多的探索。盡管幾種止血水凝膠的研究進展和初步商業化開發令人振奮，但距離適用于臨床治療的理想止血效果還有很長的路要走。目前，臨床上使用的有止血、抗菌效果的可吸收局部止血材料成為臨床上研究的重點。這些局部止血材料種類多種多樣，一般包括：多聚糖（如淀粉、殼聚糖）、凝血酶、纖維素、纖維蛋白、明膠、膠原等，重要的是這些止血材料使用簡單，并且抗菌效果佳。其中水凝膠由于其優異的生化和機械性能，隨著制備工藝的不斷發展，水凝膠在傷口敷料領域顯示出有吸引力的優勢，通過化學交聯方法，制備出一種新型可注射NSC/OHA水凝膠材料。

1 材料與方法

1.1 材料制備及性能分析

1.1.1 NSC/OHA的制備

將丁二酸酐（SA）在殼聚糖（CS）介質內分散，并保持—NH2與CS的比例為1∶1，于培養皿中靜置，在溫度60 ℃條件下攪拌90 min，經離心、沉淀后分散在液體中，并加入質量濃度為150 mg/mL氫氧化鈉，將溶劑調節為堿性，至液體變為黃色后，將產生的沉淀以丙酮重復洗滌、離心，真空干燥、溶解，-20 ℃放置，凍干成固體，備用。

稱取透明質酸（HA）3 g放置在反應器皿中，于300 mL去離子水內完全溶解后，加入高碘酸鈉1 g，乙二醇淬滅，至反應完全后，將含有反應物質的溶液轉入透析袋中，去離子水透析3 d，收集析出的具有醛基的氧化透明質酸（OHA）備用。

1.1.2 可注射水凝膠止血材料的制備

制備的氯化鈣水溶液（質量濃度為120 mg/mL），分別將上述制備的琥珀酰殼聚糖（NSC）和具有醛基的氧化透明質酸（OHA）于磷酸鹽緩沖液中溶解后加入到2組氯化鈣溶液中，制備出PEG1溶液、PEC2溶液。將2種溶液混合，封口后放置在高壓滅菌箱內，經溫度120 ℃、90 min后，控制組分呈現出溶液狀態，攪拌均勻后，旋轉流變儀處理10 min。熒光倒置顯微鏡觀察溶液內氣泡，至溶液體系內的氣泡消失，將2種溶液使用CO2恒溫培養箱輻照，掃描電子顯微鏡獲取NSC/OHA水凝膠結構的SEM圖像。

1.1.3 材料分析

在上述制備的NSC/OHA水凝膠的基礎之上，通過溶脹性、抗菌性和粘附性能對水凝膠材料進行測定。

（1）體液溶脹性能測試。參照標準YY/T 0471.1—2004 配制模擬體液，取經過干燥的大小、質量相近的干凝膠塊，將其放置在379 ℃的模擬體液中浸泡，直至質量不發生變化，即可認為達到溶脹平衡。t為間隔時刻，間隔t時間后取出稱重。

溶脹比（S）按照下列表達式進行計算，其中m0為干凝膠的質量；mt為t時刻水凝膠的質量。

S=mt-m0m0（1）

（2）水凝膠抗菌性能。以GB/T 20944—2007為參照，測定水凝膠樣品對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌性能，用瓊脂平皿擴散法評估2種細菌的活性；

（3）水凝膠粘附性能。通過水凝膠對皮膚粘附強度進行測量，來模擬測定水凝膠的粘附性能，即：在2塊豬皮之間［25 mm（L）×20 mm（W）］的粘合面積上放置水凝膠，靜置30 min之后進行拉伸測試，拉伸速度設定為5 mm/min。

（4）水凝膠止血性能。取12只ICR級6～8周小鼠（上海杰思捷提供），按照編號隨機均分成傳統止血組和水凝膠組，每組6只。將小鼠固定，于距尾部3 cm左右位置將小鼠尾巴剪斷，待有血液流出后，傳統止血組常規縫合止血，而水凝膠組小鼠在斷尾處注射NSC/OHA1.5 g水凝膠，并記錄全部出血量，至不再有血液流出為止。

（5）傅里葉變換紅外光譜表征。為分析其化學結構，將干燥的NSC/OHA水凝膠置于Bruker VERTEX70型衰減全反射傅里葉變換紅外光譜儀的探頭下進行測定。本次測試設定的采樣速率是80張譜/s，信噪比為55 000∶1，以及測量譜區為500～4 000 cm-1。

1.2 材料應用

1.2.1 一般資料

選取本院2021年1月至2022年1月接受手術治療的86例腹部腫瘤患者作為本次研究的對象。根據其傷口處理方式的不同，將其分為傳統止血組和實驗組，其中傳統止血組39例，男性17例，女性22例，平均年齡（54.36 6.28）歲。實驗組47例，男性21例，女性26例，平均年齡（54.42SymbolqB@6.30）歲。傳統止血組和實驗組的一般基礎資料比較差異無明顯統計學意義（P>0.05），有可比性。本研究已獲得醫院倫理委員會批準。

1.2.2 方法

傳統止血組術后采用傳統縫合止血方式。先用生理鹽水對傷口進行清洗，然后使用可吸收縫合線以“8”字法，連續縫合法或鎖邊法進行縫合。

實驗組在傷口處局部注射止血NSC/OHA水凝膠。凝膠材料主要原材料：透明質酸（HA）、高碘酸鈉（NaIO4）、丁二酸酐（SA）、殼聚糖（CS）、四臂聚乙二醇胺（4-arm-PEG）、端羧基聚乙二醇胺（PEG）、1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（EDC）、N-羥基琥珀酰亞胺（NHS）、乙二醇（EG）、二甲基亞砜（DMSO）等。廠家制備思路是基于上述材料，首先制備可溶于水的琥珀酰殼聚糖（NSC）和具有醛基的氧化透明質酸（OHA），然后制備注射水凝膠止血材料。

1.2.3 觀察指標

結合以上制備的水凝膠材料，觀察術后的出血量、疼痛程度、有無感染以及止血的效果等指標。

1.3 統計學方法

采用SPSS 22.0軟件統計分析，計數資料用“n（%）”表示，比較采用χ2檢驗，以“P＜0.05”為統計顯著。

2 結果與分析

2.1 水凝膠材料性能分析

2.1.1 SEM表征

NSC/OHA水凝膠樣品SEM圖像如圖1所示。

從圖1可以看出，隨著水凝膠交聯含量的增加，由于水凝膠網絡交聯密度的逐步提高，4種水凝膠的儲存模量逐漸增加，分別為58、100、251和368 Pa。用掃描電鏡觀察凍干水凝膠的形貌，所有水凝膠均顯示出相互連通的多孔結構。隨著交聯劑含量的增加，水凝膠的孔徑由204 mm逐漸減小到107 mm。

2.1.2 NSC/OHA水凝膠在體液中的溶脹性能

NSC/OHA水凝膠在體液中的溶脹性能測試如圖2所示。

從圖2可以看出，隨時間的增加，NSC/OHA水凝膠的吸水性能呈現出先增加而后增加幅度漸漸趨于平穩的趨勢。這說明NSC/OHA水凝膠在模擬體液中具備較大的吸水能力，且能夠持續較長時間吸收傷口滲出的血液和組織液。

2.1.3 NSC/OHA水凝膠抗菌性能

NSC/OHA水凝膠對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌性能測試如圖3所示。

從圖3可以看出，在溫度37 ℃條件下與水凝膠接觸2 h后，99%以上的大腸桿菌和100%金黃色葡萄球菌被水凝膠NSC/OHA1.0、水凝膠NSC/OHA1.5和水凝膠NSC/OHA2.0殺死。結果表明，NSC/OHA水凝膠對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均有很好的抗菌活性；然而，交聯劑含量最低的水凝膠NSC/OHA0.5對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的殺滅率分別為24%和91%。

2.1.4 NSC/OHA水凝膠粘附性能

NSC/OHA水凝膠的粘附能力測試結果如圖4所示。

從圖4可以看出，隨著NSC/OHA質量分數從0.5%提高到2.0%，水凝膠的粘接強度逐漸從1.3 kPa提高到4.6 kPa。對于水凝膠的粘接機理，席夫堿反應的化學鍵交聯粘接是主要的相互作用。此外，水凝膠和帶負電荷的—CONH、—CO、—OH基團和鹽酸摻雜聚苯胺之間的靜電相互作用，使得豬皮與NSC/OHA水凝膠之間形成了粘附力。

2.1.5 NSC/OHA水凝膠止血性能

NSC/OHA1.5水凝膠的止血能力測試如圖5所示。

從圖5可以看出，水凝膠組濾紙上幾乎沒有明顯的血跡，傳統止血組濾紙上有大面積的血斑。水凝膠組失血（214.7±65.1）mg高于傳統止血組（1997.6±507.9）mg，且差異顯著（P<0.01）。結果表明，水凝膠膠粘劑具有良好的體內止血活性，殼聚糖的天然止血活性以及水凝膠的粘附性能在活體止血中可能起協同止血作用。因此，NSC/OHA1.5具有快速原位凝膠特性、良好的粘接性能和良好的止血性能，在實際應用中是一種有效的抗出血水凝膠屏障。據報道，殼聚糖具有一定的止血作用。這種水凝膠粘合劑可以粘附在周圍的組織上，并迅速固化，起到止血的作用。選用NSC/OHA1.5水凝膠進行體內止血和傷口愈合，因為它具有凝膠速度快、穩定性好、自愈能力強、抗菌活性好、粘附性好等優點。

2.1.6 NSC/OHA水凝膠的光譜表征

NSC/OHA水凝膠的光譜表征圖譜如圖6所示。

從圖6可以看出，OHA中醛基拉伸振動引起的1 702 cm-1特性峰在干燥水凝膠NSC/OHA2.0光譜中消失。此外，水凝膠NSC/OHA2.0在1 644 cm-1時的吸收強度較高。結果表明，通過席夫堿反應，NSC與OHA發生交聯，水膠中醛基團完全消耗。

2.2 水凝膠應用效果

2.2.1 2組術后情況的比較

2組在術后疼痛無明顯統計學差異（P>0.05）；但實驗組術后出血率為4.26%（2/47），術后感染率為2.13%（1/47），顯著低于傳統止血組（P<0.05）；具體結果如表1所示。

2.2.2 2組術后的止血有效率比較

研究發現，實驗組47例中術后無出血45例，止血有效率為95.74%，較傳統止血組79.49%（31/39）明顯升高（P<0.05）；具體結果如表2所示。

由表2可知，2組在止血有效率方面有統計學意義（P<0.05）。

3 討論

常用的縫合止血不僅增加了疼痛，且容易引發感染。因此，臨床中采用凝膠材料成為一種趨勢。

一方面，本研究中使用的NSC/OHA水凝膠材料具有殺菌消炎的作用效果，此外，NSC/OHA水凝膠也能夠促進術后傷口的愈合。從上述臨床研究的結果來看，采用NSC/OHA水凝膠的實驗組術后出血率和術后感染率均要明顯低于僅使用傳統縫合止血的傳統止血組，具有統計學意義（P<0.05）。最近的研究表明，溫暖潮濕的環境可以使傷口更快、更好地愈合。水凝膠具有高含水量、可調機械穩定性、出色的注射性和出色的生物相容性，類似于軟組織的3D結構，注射后原位固體凝膠形成優異，在非侵入性治療中顯示出巨大的潛力：它們可以發揮多種功能來促進傷口愈合，并允許對復雜的傷口愈合過程進行控制。由此，本研究還可以得出采用的NSC/OHA水凝膠材料，所有水凝膠均顯示出相互連通的多孔結構，說明產品制備成功；另一方面，通過性能能夠看出，該水凝膠材料表現出良好的粘附性能和抗菌性能。

4 結語

NSC/OHA水凝膠止血材料具有良好的粘附性能和抗菌能力；在臨床應用方面，在術后出血和預防感染方面效果明顯，可減輕腫瘤手術患者術后出血率，具有一定的臨床應用價值。

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