介孔二氧化硅复合水凝胶止血材料的制备及粘附性能测试与应用效果

杨育红，郝海红，杨秀荣，宋香全

(1.邢台市第三医院，河北 邢台 054001； 2.邢台医学高等专科学校，河北 邢台 054000)

术后的外伤创口止血问题是外科手术常见的重点。传统的缝合止血其弊端在于止血效果慢，容易出现感染，因此局部止血剂成为临床医学研究的热点。目前，主要的局部止血材料大量采用一些高科技材料，其中包括明胶海绵、纤维蛋白胶等，这类材料止血效果好，具有良好的抗菌性和消炎作用。基于该类材料的作用，结合我院重症医学科2021年5月～2022年7月手术的部分重症手术患者腹部伤口采用的止血凝胶材料效果进行回归性分析，现报道如下：

1 材料与方法

1.1 材料的制备

对照组采用传统缝合止血方式，先用生理盐水对伤口进行清洗；然后对伤口进行缝合。

实验组则是在伤口处涂抹止血的凝胶材料。本研究采用的凝胶材料其组分包括：十六碳烯-1-乙酸(HAD)、P123、HCl、氨水(NH3·H2O)、异丙醇(IPA)、正硅酸乙酯(TEOS)、丙烯酰胺(AAM)、过硫酸铵(APS)、四甲基乙二胺(TEMED)、2,2-二苯基-1-苦基肼(DPPH)，等。首先制备介孔二氧化硅，然后制备Ag/介孔二氧化硅复合水凝胶止血材料。

1.1.1介孔二氧化硅的制备

通过溶胶-凝胶法制作介孔二氧化硅球。在制作过程中，利用硅源和催化剂获得介孔二氧化硅材料，以表面活性剂作为介孔材料的结构导向剂。介孔二氧化硅材料经由水解、缩合、老化等处理过程而制得溶胶凝胶，其后经过干燥、煅烧等处理过程，即可获得介孔材料。

在实际操作中，首先称取5.1 g十六碳烯-1-乙酸(HAD)置于称量纸上，HAD在制备工艺中发挥表面活性剂的作用。之后，将HAD倒入350 mL去离子水中，并利用超声波USC进行振动以辅助溶解。然后，将382 mL异丙醇溶液(IPA)加入到HAD混合液中，对混合液进行水浴加热并持续搅拌，逐步提高水浴温度至60 ℃，期间看到原本乳白色的混合液逐渐变得透明。待混合液变得透明清澈以后，将2.5 mL氨水加入混合液中，并保持60 ℃恒温条件持续搅拌1 h，之后添加27.07 g硅源正硅酸乙酯(TEOS)，继续搅拌15 h直至充分反应。待反应结束，从水浴锅中取出混合液自然冷却，对冷却后的混合液进行多次离心、洗涤操作，然后转移到烘箱内进行干燥，即可得到白色粉末状产物。最后，把白色粉末加入马弗炉内，设定温度550 ℃进行煅烧，最终制备出介孔二氧化硅。

1.1.2Ag/介孔二氧化硅复合水凝胶止血材料的制备

本次试验采取离子交换法制备Ag/介孔二氧化硅。把适量介孔二氧化硅粉末添加到500 mL浓度为 0.1 mol/L的硝酸银溶液内，在阴暗、常温环境中持续搅拌8 h，经离心处理获得产品，将之转移至60 ℃烘干机内，经过6 h烘干即可获得Ag/介孔二氧化硅样品。

在上述制备的基础上，凝胶材料通过抗菌性和粘附性能对材料进行了测定。

1)抗菌性能测试

凝胶厂家通过选用大肠杆菌进行抗菌性能测试。第1步是要激活细菌，把20 μL细菌添加至2 mL培养液内，在实验室培养24 h。第2步是实现细菌的传代培养，分别量取100 μL的培养基各自加入96孔板的孔洞中，之后将4 μL的样品浸泡液注入第1个孔，并用移液枪吹打混合液使之混匀，然后对样品浸泡液进行2倍稀释，再在每一孔中加入稀释好的菌液100 μL，如此重复3次。第3步是把96孔板转移到恒温培养箱中，在37 ℃条件下培养24 h，并测定混合液的吸光度值。

抑菌率的计算公式：

抑菌率=(OD1-OD2)/OD1×100%

(1)

式中：OD1、OD2分别表示空白菌液及其添加样品浸泡液后的吸光度。

2)粘附性能测试

为探究复合水凝胶止血材料的粘附性，通过测量水凝胶对于皮肤的粘附强度来模拟测定其粘附性能。在实操中，把水凝胶放置在2块猪皮之间25 mm(L)×20 mm(W)的粘合面积上，随后静置30 min；之后利用通用测试仪进行拉伸测试，设定拉伸速度为5 mm/min，直至2块猪皮之间粘附失效。

粘合强度的计算公式：

粘合强度=Fmax2/S2

(2)

其中，底面积S2的计算公式：

S2=L×W

(3)

式中：Fmax2表示在拉至失效以前测定的最大应力。

3)X射线衍射图谱测定

利用D/max-2200/PC型全自动X射线衍射仪测定介孔二氧化硅材料的X射线图谱(XRD)，样品扫描范围5°～90°。

4)傅里叶红外光谱表征

本次试验利用Bruker VERTEX70型衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪测定介孔二氧化硅和水凝胶材料的红外光谱，用以分析它们的化学结构。本次测试设定的采样速率是55张谱/s，信噪比为55 000∶1，以及测量谱区30 000～10 cm-1。

1.2 一般资料

回归性选取2021年5月～2022年7月收治的42例腹部肿瘤切除患者。其中采用凝胶材料进行腹部伤口处理的23例患者作为实验组，平均年龄(55.30±6.75)岁，女性12例，男性11例；采用缝合止血的19例患者作为对照组，平均年龄(52.25±7.75)岁。2组患者在一般资料上无统计差异(P>0.05)。

1.3 观察指标

观察重症患者术后的出血量、疼痛感、异物感、止血有效率等指标。

1.4 统计学方法

采用SPSS 22.0软件统计分析，比较采用χ2检验，以“P<0.05”为统计显著。

2 结果与分析

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图像如图1所示。

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

从图1(a)可以看出，介孔二氧化硅表层粗糙，杂乱分布着许多互通互联的通道，在边缘区域存在笼状结构；这些通道大多是裸露在外的，从而强化了介孔二氧化硅的表面改性。从图1(b)可以看出，Ag/介孔二氧化硅是由依附于介孔二氧化硅边缘的带有黑色斑点的椭圆形或球形构造的，这些黑色斑点实际上是氧化银团聚物。在乙醇溶液中，吸附于硅表面的硝酸银很难被还原，但在经历了烘干处理以后，许多硝酸银因光照和高温而发生分解生成了氧化银；氧化银团聚而成为椭圆形或球形的黑色斑点，这也被认为是合成Ag/介孔二氧化硅材料的标志。相较于未经Ag+修饰的介孔二氧化硅材料，Ag/介孔二氧化硅材料表层的三维通道结构并未发生明显变化，通道连通性以及孔径大小均未改变，可是通道结构的表面新增了覆盖层而影响其视野清晰度，这也间接证实了Ag+对介孔二氧化硅材料进行了修饰。

2.1.2能谱分析

对Ag/介孔二氧化硅材料进行了EDS能谱分析，其元素分布结果如表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，在样品材料中有Ag元素的存在，其质量分数为1.8%，这证实材料中合成了Ag/介孔二氧化硅。

2.1.3X射线衍射图谱表征

介孔二氧化硅、Ag/介孔二氧化硅的广角XRD图谱如图2所示。

图2 介孔二氧化硅和Ag/介孔二氧化硅的 X射线衍射图谱Fig.2 X-ray diffraction patterns of mesoporous and Ag/mesoporous

从图2可以看出，介孔二氧化硅和Ag/介孔二氧化硅在20°～30°内都出现且仅出现一个衍射峰，并且该衍射峰具备非晶态特征。相关研究证实，非晶态介孔二氧化硅材料的毒性明显弱于晶态介孔二氧化硅的毒性；而经过Ag+修饰后的Ag/介孔二氧化硅材料仍保持非晶态，这使其具备较低的毒性和良好的安全性。

2.1.4粘附性能测试

Ag/介孔二氧化硅复合水凝胶材料的粘附性能测试结果如图3所示。

图3 Ag/介孔二氧化硅复合水凝胶材料的粘附力Fig.3 Adhesion of Ag/mesoporous composite hydrogel material

2.1.5抗菌性能评价

制备的水凝胶材料的抗菌效果如表2所示。

表2 Ag/介孔二氧化硅复合水凝胶材料的抑菌率Tab.2 Antibacterial rate of Ag/mesoporous hydrogel material

由表2可知，在添加等量样品浸泡液的前提下，添加Ag/介孔二氧化硅的菌液相较于添加介孔二氧化硅的菌液表现得更加澄清，这说明引入Ag+能够改善材料的抗菌性能。究其成因，Ag+能够依附于细菌的细胞壁上，从而切断细菌的膜间交换，致使一部分细菌死亡。另外，Ag+与细菌内分子发生反应而影响其正常的新陈代谢；还有，Ag+能够与细胞色素b、巯基组织蛋白等功能蛋白相互作用，从而大幅增多了细菌体内的活性氧(ROS)，致使吸进死亡率升高。

2.2 敷料应用效果

2.2.12组患者术后出血、疼痛和异物感的比较

2组患者在术后异物感和伤口出血方面，观察组术后出血5.8%，低于对照组的33%(P<0.05)；观察组与对照组在术后的疼痛方面无统计学意义(P>0.05)，具体结果如表3所示。

表3 术后患者在疼痛、术后出血和异物感的比较Tab.3 Comparison of postoperative pain, postoperative bleeding and foreign body sensation

2.2.22组患者术后的止血有效率的比较

术后止血有效率比较，结果如表4所示。

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

由表4可知，实验组的止血有效率为87%，对照组的止血有效率为68%，通过统计学分析，得出2组止血有效率有统计学意义(P<0.05)。由此说明，实验组的止血效果优于对照组，换句话说，使用Ag/介孔二氧化硅水凝胶能更好地发挥止血效果。

3 讨论

本研究中使用的水凝胶材料中，其主要含有Ag+。Ag+的加入，一方面具有杀菌消炎的作用；另一方面，也促进了伤口的愈合。从上述的术后出血指标的比较看，采用凝胶的观察组其术后出血率要明显低于传统的对照组。通过统计学数据看，在止血有效率和术后异物感方面，都有统计学意义。而在术后疼痛的比较看，没有统计学意义；具体原因可能是因为重症医学科在腹部肿瘤方面的病例不多，导致数据统计存在一定的误差。因此，需要更多的病例分析通过水凝胶敷料可减少疼痛感。