壳聚糖改性缩醛化聚乙烯醇pva海绵的制备及应用

壳聚糖改性缩醛化聚乙烯醇pva海绵的制备及应用

广泛用于各种外科手术止血，如止血、毫不犹豫、家谱等。尽管在手术和康复方面存在缺陷，但市场上销售的中国医疗海绵非常强度，手术后很难取出，抗伤口愈合能力低，容易引起炎症。壳聚糖是一种新型医疗可分解材料，具有抗炎、止血、抗炎的优点。因此，本研究以具有较高强度和吸水能力的收缩iva海绵为基础，在peva和甲醛的收缩过程中，添加了一个与分子链一起形成的共混合溶液（pva）。对于未完全反应的泡沫表面，添加了pea。这样，即使沉积物中的pea被去除，泡沫也会被添加到泡沫中。最后，将泡沫中的壳聚糖转化为聚醚亚硝酸钠，从而消除收缩，止血和抗粘连。本文研究了发泡剂和壳聚糖的使用对呼吸和收缩iva海绵的狭窄形状、吸水率、肿胀率和机械能力的影响。以新西兰白兔子入侵腔作为一种填充止血材料，研究了鼻粘膜对牙齿功能恢复的影响。1实验1.1壳聚糖/pva海绵的制备将壳聚糖(聚合度=1600CPS,DD≥85%,上海伯奥生物技术有限公司)溶于稀醋酸水溶液中,配成质量分数0.5%的壳聚糖溶液.将PVA(牌号124,日本进口分装)溶于沸水中,配成质量分数0.5%的聚乙烯醇溶液.将以上的壳聚糖溶液和PVA溶液以体积比1∶1混合后充分搅拌,得到壳聚糖/聚乙烯醇共混液.称取20g的PVA,溶于200mL沸水中,降温至50℃,加入1mL的OP-10表面活性剂(分析纯,天津市福晨化学试剂厂)、22mL质量分数为37%的甲醛(分析纯,烟台三和化学试剂有限公司)、按表1配比加入不同用量碳酸氢钠(分析纯,天津市津沽工商实业公司),在自制搅拌器中以1500r/min搅拌20min,再加入20mL质量分数为36%的盐酸(分析纯,广州化学试剂厂),继续高速搅拌使溶液自由发泡至最大体积,继续搅拌下反应30min使泡沫稳定,再向泡沫体中滴入按表1配比的不同用量的壳聚糖/PVA共混液并搅拌均匀,将泡沫体注入聚丙烯模具中,在50～60℃下恒温5h,取出成型海绵在蒸馏水中洗至中性和洗涤液经搅拌后不能产生稳定起泡,将海绵放在模具中冷冻干燥24h,得到不同孔径大小和不同壳聚糖含量的微黄色壳聚糖改性缩醛化PVA海绵.1.2吸水率和吸水速率测定将干燥的试样切成长方体,测定试样的质量m0和体积V0,将其放入水中,记录试样充分吸水的时间t,测定试样吸水后的质量m1,计算吸水率[(m1-m0)/m0]×100%和吸水速率(m1-m0)/V0t.1.3膨胀率测定方法将干燥的试样切成长方体,在不锈钢模具中15MPa压力下压成薄片状,测量薄片体积V0,将薄片放入水中使其充分吸水,测定试样吸水后的体积V1,计算膨胀率(V1-V0)/V0.1.4拉伸强度和压缩强度将干燥的试样按GB/T634-1996和GB8813-1988切成标准样条,在英国Hounsfield公司的H10KS型HounsfieldTestEquipment万能力学实验机上测定试样的拉伸强度和压缩强度.1.5关于开口的形态观察将试样充分干燥后喷金,在SEM(荷兰PHILIPS公司的XL-30)上观察海绵的孔隙结构,加速电压为20kV.1.6膜损伤的检测以新西兰白兔为试验对象(普通级新西兰雄性白兔42只(3月龄),体重1.5～2.0kg,广东省医学实验动物中心提供).以质量分数3%戊巴苯妥那1mg/kg由耳前静脉麻醉,固定四肢,用黏膜钳在新西兰白兔的右侧鼻腔外侧壁距离前鼻孔约1.5cm处行颌鼻甲部分摘除组织体积致鼻出血后填塞壳聚糖改性缩醛化PVA海绵,于24h后取出填塞物,分别于3、7、14、30d以耳前静脉注入5mL空气造成栓塞,处死动物(3天组5只,7天组5只,14天组5只,30天组5只),在光学显微镜和SEM(荷兰PHILIPS公司的XL-30)下观察并用文字描述鼻腔的出血、黏膜恢复和纤毛生长情况.在显微镜下取出损伤区周围0.3cm×0.3cm,置于质量分数4%多聚甲醛中固定,常规脱水,石蜡包埋,连续切片,每7片中取一片行HE染色,光学显微镜下观察黏膜损伤及愈合情况;扫描电镜组取材时连同颌鼻甲底部一起取下,PBS清洗3次后置于质量分数2.5%戊二醛中固定4h以上,采用叔丁醇化学干燥法制作标本,表面涂上导电胶,喷金后在扫描电镜下观察损伤区大小,纤毛损伤情况,愈合过程纤毛数量的变化情况.2结果和讨论2.1发泡剂用量的影响医用止血海绵的吸水率越大,吸收和保持体液的能力越强,更有利于手术的进行及术后伤口的恢复,膨胀率和吸水速率越大,对填塞损伤处的压力越大,止血效果更明显.壳聚糖改性缩醛化PVA海绵的吸水率和膨胀率随发泡剂用量的增加而提高(图1(a)),这主要由于发泡剂用量增加,发泡期间的产生的泡沫增多,从而使海绵单位体积内的孔隙比例提高,能够吸收和容纳更多的水.由于海绵单位体积内的孔隙比例提高,单位体积的海绵压缩后的体积减小,使海绵从受压缩到膨胀回原有体积的膨胀率提高.但高发泡剂含量下,吸水速率随发泡剂用量增加而变化不大(表2),这主要由于在吸水率接近的情况下,吸水速率主要由海绵自身的亲水性决定,亲水性与海绵的缩醛度有关,由于反应条件相同,缩醛度基本相同,因此吸水速率接近.发泡剂用量的增加对力学性能也有影响(图1(b)),随发泡剂用量的增加,拉伸强度和压缩强度逐步降低,但当发泡剂用量在8g以上,拉伸强度和压缩强度变化不大,这主要是因为发泡剂的增加使海绵中单位截面积中的固体含量下降,海棉的强度相应降低.由于在海绵缩醛化过程中加入分子链相互纠缠的壳聚糖/聚乙烯醇共混液,随缩醛化反应的进一步进行,加入的混合液中的聚乙烯醇也会在原来形成的泡沫表面交联,从而使其缠结的壳聚糖挂在所形成的泡沫内表面.随着壳聚糖用量的增加,泡沫内表面黏附的壳聚糖增加,最后形成的壳聚糖改性缩醛化PVA海绵的物理性能也会发生改变.从图2中可以看出,随混合液的用量增加,海绵的吸水率和膨胀率也迅速下降,吸水速率更是下降了一个数量级(表2),这主要壳聚糖在交联过程中吸附在的孔内表面,使孔内空间减少,而且与水接触的亲水基团的外露面积减小,海绵的吸水能力下降.同样地,随着孔内壳聚糖的增加,海棉内部单位截面积内的固体含量提高,拉伸强度和冲击强度提高.发泡剂的增加有利于提高海绵的吸水能力,但不利于提高海棉的力学强度.壳聚糖混合液的增加有利于提高增加黏附、提高药效和力学强度,但不利于提高海绵的吸水能力和压迫止血效果,因此必须在发泡剂和混合液的用量上取得平衡.本研究认为,在其他反应组分不变的情况下,4g的发泡剂和8mL的壳聚糖/聚乙烯醇混合液反应得到的壳聚糖改性缩醛化PVA海绵具有较好的综合性能(号样品).2.2壳聚糖/pva海绵的孔隙结构图3是不同组成的壳聚糖改性缩醛化PVA海绵放大100倍的SEM图.从图3(a)、(b)中可以看出,当壳聚糖/PVA共混液加入量较低时(如号样和号样),孔隙较大且均匀,孔与孔之间相互连通,在大孔壁的树脂上仍有较小的孔洞连通,连通的孔结构和PVA缩醛树脂本身的亲水性导致了这两种组成的海绵具有高的吸水性和膨胀性.比较图3(a)和(b)还可以看出,在其它反应组成不变的情况下,碳酸氢钠的用量从号样4g增加号样的12g,孔径明显增大,但大孔间的壁厚变化不大,在相同的树脂含量和孔壁厚度下,孔径越大,泡沫占据的空间越大,因此号样比号样具有更大的吸水率和膨胀率.比较图3(a)、(c)、(d)可以看出,在相同的发泡剂用量(4g)下,随壳聚糖/PVA共混液用量的增加,海绵的孔径明显减小,孔与孔间的壁厚增加,且壁上的连通孔也明显变小.可见,过多的壳聚糖用量破坏了海绵的利于吸水的孔隙结构,从而导致海绵吸水率和膨胀率的明显降低,而且壳聚糖的增加导致了壁厚的增大,承受应力的树脂增多,从而使海绵的拉伸强度和压缩强度提高.SEM直接观察显示,由4g的发泡剂和8mL的壳聚糖/聚乙烯醇混合液反应得到的壳聚糖改性缩醛化PVA海绵具有比较满意的空隙结构.2.3术后处理的影响本研究在进行系统动物试验前的简单对比试验观察显示,市售的国产明胶海绵作为白兔受损鼻腔的填塞材料填塞24h后,由于强度太低,无法完整取出,而国产纯PVA海绵与伤口有粘连,给白兔造成很大的二次伤害,只有本研究的壳聚糖改性缩醛化PVA海绵能顺利取出且无粘连.因此本研究仅以壳聚糖改性缩醛化PVA海绵(号样品)作为填塞物进行术后的系统研究.图4和表3显示了壳聚糖改性缩醛化PVA海绵(号样品)对新西兰白兔受损鼻腔术后止血效果及对鼻黏膜功能恢复的影响.从HE染色后用光学显微镜观察(图4(a)、(b))发现,损伤后立即造模的白兔鼻黏膜上分布有很多的嗜中性粒细胞和巨噬细胞(图4(a)),但用壳聚糖改性缩醛化PVA海绵作为止血材料填塞伤口24h后轻易取出,伤口与取出海绵无粘连.术后14d,损伤部位的嗜中性粒细胞和巨噬细胞的数量明显减少(图4(b)),说明损伤区域的炎症反应得到了有效抑制.正常的白兔鼻腔的纤毛长而细密,排列较为整齐.从损伤后立即造模的白兔鼻腔的SEM图(图4(c))中可以看出,损伤部位的纤毛基本消失,用壳聚糖改性缩醛化PVA海绵填塞伤口术后14d(图4(d)),损伤处长出大量的纤毛,而且纤毛基本恢复了正常结构,说明壳聚糖改性缩醛化PVA海绵能促进伤口愈合和鼻腔功能的恢复.此外,本研究还对术后3、7、14和30d的恢复情况进行了记录.在壳聚糖改性聚乙烯醇缩醛海绵填塞受损兔鼻腔的术后3d后,上皮基本恢复原来厚度,但细胞排列稍紊乱,可见嗜中性粒细胞和巨噬细胞;7d后炎症期细胞数明显减少,未见到纤毛长出;14d后上皮和纤毛已经基本恢复了正常结构,但是纤毛的排列较正常组织而言显得较为凌乱,纤毛较正常结构要短,且排列不整齐;30d后已经恢复了正常的结构.实验结果充分表明,本研究的经壳聚糖改性的缩醛化PVA海绵具有消炎止血、促进愈合、抗粘连、易于操作等优点,适于临床的应用.4壳聚糖改性pva海绵的制备本研究采用强度和吸水能力较高的缩醛化PVA海绵为基材,在PVA与甲醛缩醛化反应形成泡沫过程中加入分子链相互缠结的壳聚糖/PVA共混液,共混液中的PVA与泡沫表面进一步缩醛化反应,使壳聚糖