李 李，張 彪

（合肥安利聚氨酯新材料有限公司，安徽 合肥 230001）

外科手術(shù)后常引起組織與器官之間的粘連。在經(jīng)歷過一次或者多次手術(shù)的病人中，93%的人會發(fā)生內(nèi)腹腔粘連[1]。術(shù)后粘連易造成小腸梗塞[1]、再手術(shù)困難[2]、慢性腹痛、盆腔疼痛[3]和不孕癥等[4]，嚴(yán)重影響了人們的身心健康。目前，解決術(shù)后粘連常用的辦法是物理屏障作用，即將組織與手術(shù)切口隔離開，從而達(dá)到防粘連的目的。

近年來，國外有一些防粘連產(chǎn)品已經(jīng)被FDA批準(zhǔn)，如 INTERCEED（Johnson&Johnson）、PRECLUDE（W.L.Gore）和Seprafilm（Genzyme）。這些產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中還存在許多不足，防粘連的效果也不佳，使用范圍受到一定的限制。國內(nèi)也有一些用于防粘連用的可吸收生物醫(yī)用膜產(chǎn)品，主要以聚乳酸、聚乳酸-聚乙醇酸和殼聚糖為材料的防粘連膜。在實(shí)際應(yīng)用中，以聚乳酸為材料的可吸收生物醫(yī)用膜主要存在在水中變硬，易刺激組織，沒有柔韌性，降解較慢，降解過程易產(chǎn)生碎片，容易形成肉芽，產(chǎn)生異物等缺陷。而以聚乳酸-聚乙醇酸為材料的防粘連產(chǎn)品與聚乳酸材料品種相比，只是改善了降解時間，其他缺陷依然存在。以殼聚糖為材料的產(chǎn)品更是由于材料的來源不穩(wěn)定受到了生產(chǎn)限制。因此，研發(fā)新一代的防粘連產(chǎn)品具有重要的社會意義和經(jīng)濟(jì)意義。

L-丙交酯與ε-己內(nèi)酯的共聚物，由于其良好的生物可降解性及生物相容性，在生物可降解高分子材料中占有重要的地位[5-6]，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。尤其當(dāng)共聚物中L-丙交酯與ε-己內(nèi)酯摩爾比為50∶50時，這種共聚物（簡稱PLCA5050）展現(xiàn)出極好的柔韌性[7]和降解性，和其他用于防粘連的材料相比，在水中更具有柔韌性，而且具有一定的強(qiáng)度。該共聚物是一種較理想的、潛在的用于防粘連的材料。載藥電紡膜是近年來研究的熱點(diǎn)[8]。本文采用靜電紡絲技術(shù)開展聚（L-丙交酯-co-ε-己內(nèi)酯）共聚物載藥電紡防粘連膜研究，對開發(fā)新一代的防粘連產(chǎn)品具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料及儀器

PLCA5050（實(shí)驗(yàn)室自制，共聚物中L-丙交酯與ε-己內(nèi)酯的摩爾比為 50∶50，Mw≈3.6×105）；丙酮（分析純，廣州市金華大化學(xué)試劑有限公司）；N,N-二甲基甲酰胺（DMF，分析純，廣州市金華大化學(xué)試劑有限公司）；氯仿（分析純，廣州市金華大化學(xué)試劑有限公司）；替硝唑（Tinidazole，Aarti Drug limited，India）。

DW-P503-1ACCC型高壓直流電源（天津市東文高壓電源廠）；WZS-50F2型微量注射泵（浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)儀器有限公司）；掃描電子顯微鏡（Inspect F，F(xiàn)EI，USA）；恒溫培養(yǎng)箱（GHP-9080，上海齊欣科學(xué)儀器有限公司）；DSC（Q20，美國 TA instruments公司）；電子萬能測試機(jī)（SANSCMT4503，中國深圳）；紫外分光光度計（UV-vis spectrophotometer,UV-2550,Shimadzu,Japan）。

1.2 電紡膜的制備過程

靜電紡絲裝置如Fig.1所示，由高壓電源、帶針頭的注射器、注射泵和接地平板收集器組成。將PLCA5050溶于丙酮與DMF混合溶劑中（體積比為1∶1），配成濃度為7%、10%、12%、15%（m/v）的溶液，在10kV和20kV電壓下進(jìn)行靜電紡絲。通過注射泵控制溶液流量分別為1mL/h和2mL/h，針頭與收集器之間的距離為15cm。

Fig.1 Schematic of the electrospinning system

1.3 電紡膜形貌測試

使用掃描電子顯微鏡觀察電紡膜表面形貌。采用圖像分析軟件ImageJ測定電鏡照片中纖維直徑。每個樣品的電鏡照片至少取50根纖維計算平均直徑。

1.4 電紡膜收縮率測試實(shí)驗(yàn)

取三個電紡膜樣品（大小為50mm×20mm，厚度約為0.11mm）置于37℃下PBS溶液中24h，然后取出立即放入真空干燥箱中，完全除水后進(jìn)行測量。收縮率計算公式如下：

收縮百分?jǐn)?shù)=體外24h之后回復(fù)膜的尺寸變化/原始表面尺寸

收縮百分?jǐn)?shù)取三個樣品的平均值。

1.5 體外降解實(shí)驗(yàn)

將電紡膜裁剪成條狀樣品（大小為50mm×5mm，厚度約為0.11mm），每組4個平行樣，使樣品完全浸沒在Na2HPO4和KH2PO4配制成的PBS緩沖溶液中（pH=7.44），置于37℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行體外降解實(shí)驗(yàn)，定時取樣測試。

降解前樣品的質(zhì)量為W0，于不同時間點(diǎn)將降解后的樣品取出，放入去離子水中洗滌后，用濾紙吸干表面水分，稱重W1，然后再真空干燥至恒重，稱重W2，試樣的吸水率采用以下公式進(jìn)行計算：

吸水率%=（W1-W2）/W2×100%

試樣的質(zhì)量損失采用以下公式進(jìn)行計算：

質(zhì)量損失率%=（W0-W2）/W0×100%

1.6 特性黏度

聚合物的特性黏度由烏氏粘度計測定。將聚合物配制成一定濃度的氯仿溶液，置于25℃的恒溫水槽中進(jìn)行測定。

1.7 差熱分析

使用DSC進(jìn)行熱力學(xué)表征。樣品量為3～5mg，在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行。樣品的控溫程序如下：先將樣品由-80℃以10℃/min升高到200℃，在該溫度下保持5min，以消除樣品的熱歷史。然后樣品快速降溫至-80℃，再以10℃/min的速率升溫至200℃。結(jié)晶度其中△Hcc為冷結(jié)晶焓，△Hm為熔融焓，△Hom為PLLA完全結(jié)晶的熔融焓值，其值為135J/g[9]。

1.8 力學(xué)性能分析

力學(xué)性能在電子萬能測試機(jī)上進(jìn)行，測試內(nèi)容主要包括樣條（每組3個平行樣）的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率。測試溫度為25℃，加載速度為10.00mm/min。

1.9 電紡膜載藥及釋放測試

將替硝唑、PLCA5050聚合物（替硝唑占聚合物質(zhì)量的5%）溶于丙酮與DMF混合溶劑中，配成10%（w/v）的溶液，在10kV電壓、15cm距離下靜電紡絲，制成載有替硝唑的PLCA電紡膜。

將載藥電紡膜裁成尺寸為2cm×2cm，準(zhǔn)確稱重，設(shè)三組平行樣，放入150mL燒杯中，準(zhǔn)確加入50mL的PBS緩沖溶液，密封后放入37℃恒溫振蕩培養(yǎng)箱中。在預(yù)定時間從燒瓶中精確取出5mL釋放液，同時補(bǔ)加相同量的新鮮PBS溶液。采用紫外-可見分光光度計檢測釋放液中的藥物濃度（318nm處吸收峰），繼而折算出載藥膜的累積釋放量。

2 結(jié)果與討論

2.1 PLCA5050電紡膜形貌分析

（1）聚合物濃度對電紡膜形貌的影響

保持電壓10kV、注射速度1mL/h、針頭與接收器距離15cm不變，通過改變?nèi)芤簼舛葋硌芯繚舛葘﹄娂從ば蚊驳挠绊憽２煌瑵舛认码娂從ば蚊惨奆ig.2。從Fig.2可以看出，7%濃度時（Fig.2a），有少量扁平型球珠存在于纖維中。這是由于在濃度較低情況下，針頭處液滴受到重力和微量注射泵的推力，液滴較易下落，使泰勒椎形成時間較短，減少了電荷的累積時間，液滴離開針頭時靜電斥力仍不能克服表面張力使液滴完全劈裂成絲。帶電液滴在下落過程中，溶劑將快速揮發(fā)，最終收集器上形成了不規(guī)則的球珠形狀[10]。10%濃度時（Fig.2b），纖維形貌得到極大改善，纖維更加平直，沒有球珠存在纖維中，這可能是由于粘度增大，電荷有充分的積累時間，射流被充分拉伸所致[10]。當(dāng)濃度達(dá)到12%（Fig.2c）和15%（Fig.2d）時，纖維變的更粗，且纖維直徑變得更加不規(guī)則。這是由于此時濃度較高，溶液粘性更強(qiáng)，針頭易堵塞造成的。

Fig.2 SEM micrographs of electrospun fibers spun from PLCA5050 at different polymer concentrations

纖維平均直徑與濃度的關(guān)系見Fig.3。從Fig.3可以看出，纖維平均直徑隨濃度呈線性增長關(guān)系，這也與Chung等[11]報道相符。

Fig.3 Linear regression of the concentration of PLCA5050 versus mean fiber diameter

（2）電壓對電紡膜形貌的影響

為了評價電壓變化對電紡膜形貌的影響，10%濃度的聚合物溶液分別在10kV和20kV電壓下被電紡。Fig.4為不同電壓下10%濃度聚合物溶液電紡膜的SEM圖。從Fig.4可以觀察到，增加電壓，納米纖維直徑增加，且纖維變得不規(guī)則。這可能是由于電壓的增加，加劇了紡絲過程中的無序彎曲不穩(wěn)定性，不能得到較好的纖維形貌造成[10]。

（3）注射速度對電紡膜形貌的影響

為了研究注射速度對電紡膜形貌的影響，在10%濃度、10kV電壓下，把注射速度從1mL/h提高到2mL/h。Fig.5為不同注射速度下制備的電紡膜SEM圖。從Fig.5可以看出，增加注射速度，纖維變粗且更加不規(guī)則。這是由于在更高的注射速度下，針頭末端的小液滴變得更大，噴射流通過針頭與收集器之間的距離更快造成[11]。

通過前述三種因素對電紡膜形貌影響的研究，發(fā)現(xiàn)這種PLCA5050共聚物在10kV、10%濃度、1mL/h流速下得到的電紡膜形貌最好，纖維直徑相對較細(xì)。因此，我們選用這種條件下制成的電紡膜做進(jìn)一步的研究。

2.2 PLCA5050電紡膜收縮率分析

收縮率反映了電紡膜的尺寸穩(wěn)定性。Tab.1為常見電紡膜[12]及PLCA5050電紡膜的24h后收縮率。從Tab.1可以看出，DL-PLA、PDLGA7525收縮率很大，達(dá)到了85%左右。PLLA和PLCA5050的收縮率很小，只有百分之幾。DL-PLA、PDLGA7525是無定型聚合物，在電紡過程中被拉伸的無規(guī)鏈由于熱引發(fā)的鏈松弛造成了較大收縮。而PLLA以及PLCA5050為結(jié)晶性聚合物，結(jié)晶阻礙了鏈松弛，從而收縮率較小[12]。

Tab.1 Shrinkage comparisons of electrospun membranes after 24h at 37℃in PBS

Fig.4 SEM micrographs of electrospun fibers spun from PLCA5050 at different voltages

Fig.5 SEM micrographs of electrospun fibers spun from PLCA5050 at different flow rates

2.3 PLCA5050電紡膜力學(xué)性能分析

Tab.2為PLCA5050電紡膜拉伸性能數(shù)據(jù)。從Tab.2可以看出，電紡膜斷裂伸長率較高，將近300%，拉伸強(qiáng)度達(dá)到了4MPa左右。Fig.6為PLCA5050電紡膜的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，展現(xiàn)了類似橡膠的拉伸行為。

Tab.2 Tensile properties of PLCA5050 membranes

Fig.6 Stress-strain diagrams of PLCA 5050 membranes

Fig.7 Water absorption percentages of PLCA5050 membranes during in vitro degradation

Fig.8 Mass loss percentages of PLCA5050 membranes during in vitro degradation

2.4 PLCA5050電紡膜體外降解分析

（1）吸水率變化分析

當(dāng)聚合物材料被放置在水介質(zhì)中，首先發(fā)生的現(xiàn)象就是吸水，它反映了材料的親水性。Fig.7為PLCA5050電紡膜吸水率與降解時間的關(guān)系圖。可以看出，電紡膜吸水率較高，6周之內(nèi)達(dá)到了20%。這是由于電紡膜獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)和高比表面積造成的。還可以看出，在前兩周之內(nèi)電紡膜吸水率增加很快，迅速達(dá)到了15%左右，而在后12周之后吸水率增加緩慢。

（2）質(zhì)量損失變化分析

質(zhì)量損失反映了在水解過程中可溶性低聚物的釋放。Fig.8為質(zhì)量損失與降解時間關(guān)系圖。從Fig.8可以看出，前8周展現(xiàn)了緩慢的質(zhì)量損失，而在10周之后質(zhì)量損失明顯加快。

（3）分子量變化分析

聚酯材料在水解過程中會發(fā)生酯鍵斷裂，造成分子量下降。Fig.9為PLCA5050膜特性黏度隨降解時間變化曲線。從Fig.9可以看出，PLCA5050電紡膜的黏度在降解過程中不斷下降，經(jīng)過14周的降解，特性黏度從最初的3.5dL/g下降到了0.5dL/g。

Fig.9 Variation of inherent viscosity（[η]）during in vitro degradation

（4）熱力學(xué)性能變化分析

聚酯在水解過程中其熱力學(xué)性能會發(fā)生變化。Tab.3為PLCA5050電紡膜降解過程中熱力學(xué)性能的變化情況。從Tab.3可以看出，熔點(diǎn)和結(jié)晶度在降解過程中不斷升高，這是在水解過程中聚合物中無規(guī)鏈的斷裂和消失以及分子量降低和水促進(jìn)了鏈運(yùn)動雙重作用的結(jié)果[13]。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度無明顯變化規(guī)律，基本穩(wěn)定在0℃左右。

（5）力學(xué)性能變化分析

Fig.10 In vitro release of tinidazole from PLCA5050 membranes

Tab.3 Thermal property of PLCA5050 membranes as function of hydrolysis time at 37℃

Tab.4 Tensile strength and breaking elongation of PLCA5050 membranes as function of hydrolysis time at 37℃

Tab.4為PLCA5050電紡膜降解過程中力學(xué)性能的變化情況。從Tab.4可以看出，拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長率都在不斷降低，這是由于樣品自身缺陷及分子量下降等多重因素影響的結(jié)果。拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率保持了將近8周時間，而在第10周之后強(qiáng)度下降到0.75MPa，斷裂伸長率下降到38.2%。

2.5 PLCA5050電紡膜藥物釋放

感染是造成術(shù)后粘連的重要原因之一。為了減少感染，制備了載有替硝唑（Tinidazole）的電紡膜。Fig.10為替硝唑的釋放曲線。從Fig.10可以看出，載藥電紡膜展現(xiàn)了“突釋”的藥物釋放行為，24h內(nèi)釋放80%的藥物。這種“突釋”模式可能是預(yù)防術(shù)后粘連的理想釋放模式[14]，這是因?yàn)榇蟛糠值母腥径及l(fā)生在手術(shù)前期，這種“突釋”能在前期釋放高濃度的藥物，有效殺滅細(xì)菌，減少感染，從而有效防止粘連。

3 結(jié)論

（1）通過考查聚合物濃度、電壓和注射速度對PLCA5050電紡膜形貌的影響，確定了在10kV、10%濃度、1mL/h流速下，得到的電紡膜形貌最好，纖維直徑相對較細(xì)。

（2）PLCA5050電紡膜尺寸穩(wěn)定性良好、柔軟，具有一定強(qiáng)度且強(qiáng)度可保持較長時間，生物可降解。

（3）載藥電紡膜展現(xiàn)了突釋的藥物釋放行為，24h內(nèi)釋放80%的藥物，可有效降低感染。因此這種電紡膜在防粘連領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。

參 考 文 獻(xiàn)（略）