一种可注射的水凝胶止血材料粘附性能分析及应用效果

高歌 李蠡 王守艳 张丽 刘通

摘 要：为探究可注射水凝胶止血材料在患者手术中的应用效果，在采用的NSC/OHA水凝胶止血材料制备方法和基本性能基础上，研究腹部肿瘤手术患者应用NSC/OHA水凝胶止血材料的应用效果，并与采用传统缝合止血的进行对比。结果表明，NSC/OHA水凝胶止血材料具有良好的粘附性能和抗菌能力；临床应用方面，在术后出血和感染方面与传统止血组都具有统计学意义（P<0.05）。这表明采用的NSC/OHA水凝胶止血材料可减轻手术患者术后出血率，具有一定的临床应用价值。

关键词：可注射水凝胶；止血效果；粘附性能；抗菌能力

中图分类号：TQ427.2+6

文献标志码：A文章编号：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

传统缝合止血法虽然对组织的完整性具有一定的保护，能够减小对肿瘤周围组织的伤害，但其操作较为复杂、耗时较长，出血部位很容易发生感染。止血带、纱布、绷带和海绵等传统止血材料在治疗出血方面显示出非常有限的疗效，这导致了人们对开发新型止血材料和技术产生了广泛兴趣。得益于生物相容性、降解性、可注射性、可调机械性能以及促进凝血、伤口愈合和抗感染的潜在能力，基于水凝胶的生物材料，特别是基于天然多糖和蛋白质的生物材料，在过去几年的研究中得到了越来越多的探索。尽管几种止血水凝胶的研究进展和初步商业化开发令人振奋，但距离适用于临床治疗的理想止血效果还有很长的路要走。目前，临床上使用的有止血、抗菌效果的可吸收局部止血材料成为临床上研究的重点。这些局部止血材料种类多种多样，一般包括：多聚糖（如淀粉、壳聚糖）、凝血酶、纤维素、纤维蛋白、明胶、胶原等，重要的是这些止血材料使用简单，并且抗菌效果佳。其中水凝胶由于其优异的生化和机械性能，随着制备工艺的不断发展，水凝胶在伤口敷料领域显示出有吸引力的优势，通过化学交联方法，制备出一种新型可注射NSC/OHA水凝胶材料。

1 材料与方法

1.1 材料制备及性能分析

1.1.1 NSC/OHA的制备

将丁二酸酐（SA）在壳聚糖（CS）介质内分散，并保持—NH2与CS的比例为1∶1，于培养皿中静置，在温度60 ℃条件下搅拌90 min，经离心、沉淀后分散在液体中，并加入质量浓度为150 mg/mL氢氧化钠，将溶剂调节为碱性，至液体变为黄色后，将产生的沉淀以丙酮重复洗涤、离心，真空干燥、溶解，-20 ℃放置，冻干成固体，备用。

称取透明质酸（HA）3 g放置在反应器皿中，于300 mL去離子水内完全溶解后，加入高碘酸钠1 g，乙二醇淬灭，至反应完全后，将含有反应物质的溶液转入透析袋中，去离子水透析3 d，收集析出的具有醛基的氧化透明质酸（OHA）备用。

1.1.2 可注射水凝胶止血材料的制备

制备的氯化钙水溶液（质量浓度为120 mg/mL），分别将上述制备的琥珀酰壳聚糖（NSC）和具有醛基的氧化透明质酸（OHA）于磷酸盐缓冲液中溶解后加入到2组氯化钙溶液中，制备出PEG1溶液、PEC2溶液。将2种溶液混合，封口后放置在高压灭菌箱内，经温度120 ℃、90 min后，控制组分呈现出溶液状态，搅拌均匀后，旋转流变仪处理10 min。荧光倒置显微镜观察溶液内气泡，至溶液体系内的气泡消失，将2种溶液使用CO2恒温培养箱辐照，扫描电子显微镜获取NSC/OHA水凝胶结构的SEM图像。

1.1.3 材料分析

在上述制备的NSC/OHA水凝胶的基础之上，通过溶胀性、抗菌性和粘附性能对水凝胶材料进行测定。

（1）体液溶胀性能测试。参照标准YY/T 0471.1—2004 配制模拟体液，取经过干燥的大小、质量相近的干凝胶块，将其放置在379 ℃的模拟体液中浸泡，直至质量不发生变化，即可认为达到溶胀平衡。t为间隔时刻，间隔t时间后取出称重。

溶胀比（S）按照下列表达式进行计算，其中m0为干凝胶的质量；mt为t时刻水凝胶的质量。

S=mt-m0m0（1）

（2）水凝胶抗菌性能。以GB/T 20944—2007为参照，测定水凝胶样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌性能，用琼脂平皿扩散法评估2种细菌的活性；

（3）水凝胶粘附性能。通过水凝胶对皮肤粘附强度进行测量，来模拟测定水凝胶的粘附性能，即：在2块猪皮之间［25 mm（L）×20 mm（W）］的粘合面积上放置水凝胶，静置30 min之后进行拉伸测试，拉伸速度设定为5 mm/min。

（4）水凝胶止血性能。取12只ICR级6～8周小鼠（上海杰思捷提供），按照编号随机均分成传统止血組和水凝胶组，每组6只。将小鼠固定，于距尾部3 cm左右位置将小鼠尾巴剪断，待有血液流出后，传统止血组常规缝合止血，而水凝胶组小鼠在断尾处注射NSC/OHA1.5 g水凝胶，并记录全部出血量，至不再有血液流出为止。

（5）傅里叶变换红外光谱表征。为分析其化学结构，将干燥的NSC/OHA水凝胶置于Bruker VERTEX70型衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪的探头下进行测定。本次测试设定的采样速率是80张谱/s，信噪比为55 000∶1，以及测量谱区为500～4 000 cm-1。

1.2 材料应用

1.2.1 一般资料

选取本院2021年1月至2022年1月接受手术治疗的86例腹部肿瘤患者作为本次研究的对象。根据其伤口处理方式的不同，将其分为传统止血组和实验组，其中传统止血组39例，男性17例，女性22例，平均年龄（54.36 6.28）岁。实验组47例，男性21例，女性26例，平均年龄（54.42SymbolqB@6.30）岁。传统止血组和实验组的一般基础资料比较差异无明显统计学意义（P>0.05），有可比性。本研究已获得医院伦理委员会批准。

1.2.2 方法

传统止血组术后采用传统缝合止血方式。先用生理盐水对伤口进行清洗，然后使用可吸收缝合线以“8”字法，连续缝合法或锁边法进行缝合。

实验组在伤口处局部注射止血NSC/OHA水凝胶。凝胶材料主要原材料：透明质酸（HA）、高碘酸钠（NaIO4）、丁二酸酐（SA）、壳聚糖（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-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC）、N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）、乙二醇（EG）、二甲基亚砜（DMSO）等。厂家制备思路是基于上述材料，首先制备可溶于水的琥珀酰壳聚糖（NSC）和具有醛基的氧化透明质酸（OHA），然后制备注射水凝胶止血材料。

1.2.3 观察指标

结合以上制备的水凝胶材料，观察术后的出血量、疼痛程度、有无感染以及止血的效果等指标。

1.3 统计学方法

采用SPSS 22.0软件统计分析，计数资料用“n（%）”表示，比较采用χ2检验，以“P＜0.05”为统计显著。

2 结果与分析

2.1 水凝胶材料性能分析

2.1.1 SEM表征

NSC/OHA水凝胶样品SEM图像如图1所示。

从图1可以看出，随着水凝胶交联含量的增加，由于水凝胶网络交联密度的逐步提高，4种水凝胶的储存模量逐渐增加，分别为58、100、251和368 Pa。用扫描电镜观察冻干水凝胶的形貌，所有水凝胶均显示出相互连通的多孔结构。随着交联剂含量的增加，水凝胶的孔径由204 mm逐渐减小到107 mm。

2.1.2 NSC/OHA水凝胶在体液中的溶胀性能

NSC/OHA水凝胶在体液中的溶胀性能测试如图2所示。

从图2可以看出，随时间的增加，NSC/OHA水凝胶的吸水性能呈现出先增加而后增加幅度渐渐趋于平稳的趋势。这说明NSC/OHA水凝胶在模拟体液中具备较大的吸水能力，且能够持续较长时间吸收伤口渗出的血液和组织液。

2.1.3 NSC/OHA水凝胶抗菌性能

NSC/OHA水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能测试如图3所示。

从图3可以看出，在温度37 ℃条件下与水凝胶接触2 h后，99%以上的大肠杆菌和100%金黄色葡萄球菌被水凝胶NSC/OHA1.0、水凝胶NSC/OHA1.5和水凝胶NSC/OHA2.0杀死。结果表明，NSC/OHA水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有很好的抗菌活性；然而，交联剂含量最低的水凝胶NSC/OHA0.5对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀灭率分别为24%和91%。

2.1.4 NSC/OHA水凝胶粘附性能

NSC/OHA水凝胶的粘附能力测试结果如图4所示。

从图4可以看出，随着NSC/OHA质量分数从0.5%提高到2.0%，水凝胶的粘接强度逐渐从1.3 kPa提高到4.6 kPa。对于水凝胶的粘接机理，席夫碱反应的化学键交联粘接是主要的相互作用。此外，水凝胶和带负电荷的—CONH、—CO、—OH基团和盐酸掺杂聚苯胺之间的静电相互作用，使得猪皮与NSC/OHA水凝胶之间形成了粘附力。

2.1.5 NSC/OHA水凝胶止血性能

NSC/OHA1.5水凝胶的止血能力测试如图5所示。

从图5可以看出，水凝胶组滤纸上几乎没有明显的血迹，传统止血组滤纸上有大面积的血斑。水凝胶组失血（214.7±65.1）mg高于传统止血组（1997.6±507.9）mg，且差异显著（P<0.01）。结果表明，水凝胶胶粘剂具有良好的体内止血活性，壳聚糖的天然止血活性以及水凝胶的粘附性能在活体止血中可能起协同止血作用。因此，NSC/OHA1.5具有快速原位凝胶特性、良好的粘接性能和良好的止血性能，在实际应用中是一种有效的抗出血水凝膠屏障。据报道，壳聚糖具有一定的止血作用。这种水凝胶粘合剂可以粘附在周围的组织上，并迅速固化，起到止血的作用。选用NSC/OHA1.5水凝胶进行体内止血和伤口愈合，因为它具有凝胶速度快、稳定性好、自愈能力强、抗菌活性好、粘附性好等优点。

2.1.6 NSC/OHA水凝胶的光谱表征

NSC/OHA水凝胶的光谱表征图谱如图6所示。

从图6可以看出，OHA中醛基拉伸振动引起的1 702 cm-1特性峰在干燥水凝胶NSC/OHA2.0光谱中消失。此外，水凝胶NSC/OHA2.0在1 644 cm-1时的吸收强度较高。结果表明，通过席夫碱反应，NSC与OHA发生交联，水胶中醛基团完全消耗。

2.2 水凝胶应用效果

2.2.1 2组术后情况的比较

2组在术后疼痛无明显统计学差异（P>0.05）；但实验组术后出血率为4.26%（2/47），术后感染率为2.13%（1/47），显著低于传统止血组（P<0.05）；具体结果如表1所示。

2.2.2 2组术后的止血有效率比较

研究发现，实验组47例中术后无出血45例，止血有效率为95.74%，较传统止血组79.49%（31/39）明显升高（P<0.05）；具体结果如表2所示。

由表2可知，2组在止血有效率方面有统计学意义（P<0.05）。

3 讨论

常用的缝合止血不仅增加了疼痛，且容易引发感染。因此，临床中采用凝胶材料成为一种趋势。

一方面，本研究中使用的NSC/OHA水凝胶材料具有杀菌消炎的作用效果，此外，NSC/OHA水凝胶也能够促进术后伤口的愈合。从上述临床研究的结果来看，采用NSC/OHA水凝胶的实验组术后出血率和术后感染率均要明显低于仅使用传统缝合止血的传统止血组，具有统计学意义（P<0.05）。最近的研究表明，温暖潮湿的环境可以使伤口更快、更好地愈合。水凝胶具有高含水量、可调机械稳定性、出色的注射性和出色的生物相容性，类似于软组织的3D结构，注射后原位固体凝胶形成优异，在非侵入性治疗中显示出巨大的潜力：它们可以发挥多种功能来促进伤口愈合，并允许对复杂的伤口愈合过程进行控制。由此，本研究还可以得出采用的NSC/OHA水凝胶材料，所有水凝胶均显示出相互连通的多孔结构，说明产品制备成功；另一方面，通过性能能够看出，该水凝胶材料表现出良好的粘附性能和抗菌性能。

4 结语

NSC/OHA水凝胶止血材料具有良好的粘附性能和抗菌能力；在临床应用方面，在术后出血和预防感染方面效果明显，可减轻肿瘤手术患者术后出血率，具有一定的临床应用价值。

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