劉 晶

（武漢市第一醫(yī)院, 湖北 武漢 430030）

引 言

目前常用的縫合方式為物理縫合，即采用縫合線或者縫合釘將組織連接在一起，促進(jìn)傷口的愈合。但這種方式對外科醫(yī)生的技術(shù)有較高的要求，還存在創(chuàng)傷性和外觀不適性。特別是針對一些內(nèi)部消化器官的損傷，縫合線和縫合釘難以自行排出，可能給病人帶來二次損傷。因此，對傷口縫合方式進(jìn)行創(chuàng)新是很有必要的。組織膠縫合是當(dāng)前一種新興的縫合方式，利用組織膠將傷口粘合在一起，避免了對傷口的二次創(chuàng)傷。但目前對組織膠的研究還存在很多的盲區(qū)，為了尋找性能更完全的組織膠，部分學(xué)者進(jìn)行了很多研究，如吳可可[1]以聚合物基仿生醫(yī)用膠粘劑為主要研究對象，通過試驗(yàn)證實(shí)了聚合物基仿生醫(yī)用膠粘劑對組織的愈合產(chǎn)生了積極的作用。馬晶[2]則在吳可可的研究基礎(chǔ)上，研究了鎂基骨膠粘劑(MBA)的性能。結(jié)果表明，該膠粘劑在特定部位具備良好的粘接性能。以上學(xué)者的研究為組織膠的發(fā)展提供了一些參考，但是組織膠的發(fā)展還存在很多上升空間?；诖耍狙芯吭谝陨蠈W(xué)者的研究基礎(chǔ)上，以聚乙二醇（PEG）、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）、蓖麻油為主要原材料，采用多巴胺封端，制備多巴胺封端聚氨酯組織膠粘劑，為組織膠的發(fā)展提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

主要材料：異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI，云佰匯生物科技，AR）；聚乙二醇（PEG，創(chuàng)世化工，AR）；蓖麻油（輝鵬化工，AR）；鹽酸多巴胺（百慕達(dá)生物科技，AR）；丙酮（銀河化工，CP）；三乙胺（普萊華化工，AR）。

主要設(shè)備：真空干燥箱（DZF-6020C），瑪瑞特科技；電子攪拌機(jī)（RWD50E），滬析實(shí)業(yè)；傅里葉紅外變換光譜儀（FTIR-650S），港東科技股份；冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡（JSM-7610FPlus），市科時達(dá)電子科技；萬能材料試驗(yàn)機(jī)（ZY-9000），卓亞儀器；超聲清洗機(jī)（DK-009B），得康洗凈電器；熒光分光光度計(jì)（N5000），精誠儀器儀表。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 溶液的配制

磷酸鹽緩沖溶液（PBS 緩沖溶液）：配制pH=7.4的磷酸鹽緩沖溶液備用。

牛血清白蛋白緩沖液（BSA 緩沖液）：用PBS 緩沖溶液溶解配制體積濃度為2mg/mL 的BSA 溶液備用。

十二烷基硫酸鈉水溶液（SDS 水溶液）：配制1%的十二烷基硫酸鈉水溶液備用。

衍生化試劑（OPA 溶液）：將0.1g 鄰苯二甲醛溶于2mL 甲醇溶液中，放入200 μL β- 巰基乙醇，然后用0.4 mol/L 硼酸溶液定容至100mL，得到衍生化試劑備用。

1.2.2 多巴胺封端聚氨酯粘合劑制備

（1）選擇異氟爾酮二異氰酸酯、蓖麻油和聚乙二醇為主要材料合成醫(yī)用聚氨酯粘合劑，設(shè)計(jì)-NCO 和-OH 基團(tuán)物質(zhì)的量比為1.5，選擇蓖麻油占蓖麻油、聚乙二醇、異佛爾酮二異氰酸酯質(zhì)量的總和的3%、6%、9%和12%進(jìn)行試驗(yàn)。

（2）根據(jù)配方將蓖麻油和聚乙二醇放入四口燒瓶中，置于DZF-6020C 型真空干燥箱內(nèi)進(jìn)行真空除水，除水溫度和時間分別為110℃和150min，然后置于室溫環(huán)境，自然冷卻至50℃，得到脫水干燥的多元醇。

（3）在氮?dú)獗Ｗo(hù)作用下，步驟（2）制備的多元醇加熱至70℃，然后加入異氟爾酮二異氰酸酯，用RWD50E 型電子攪拌機(jī)慢攪6h，并根據(jù)反應(yīng)黏度加入適量丙酮。

（4）將部分液體取出后用二正丁胺- 鹽酸滴定法測定-NCO 用量，當(dāng)-CNO 用量降至設(shè)計(jì)值以下，則可認(rèn)為達(dá)到反應(yīng)終點(diǎn)，若間隔一段時間測定-CNO用量值不變，證明完成了預(yù)聚體階段的合成[3]。

（5）繼續(xù)加入過量鹽酸多巴胺的三乙胺溶液，置于恒溫環(huán)境下反應(yīng)2h，并根據(jù)試樣黏度加入適量丙酮。待其自然冷卻至室溫后，轉(zhuǎn)移至樣品瓶中，得到蓖麻油用量不同的多巴胺封端醫(yī)用組織膠，編號COGlu-CO-3%，COGlu-CO-6%，COGlu-CO-9%和COGlu-CO-12%樣品。

1.2.3 聚氨酯膠膜的制備

將制備的組織膠樣品置于聚四氟乙烯模具中，轉(zhuǎn)動模具利用組織膠的流動性使其均勻流平，置于室溫條件下干燥后，放入真空干燥箱中烘干，烘干溫度為60℃，得到聚氨酯膠膜。

1.3 性能表征

1.3.1 紅外光譜表征

用FTIR-650S 型傅里葉紅外光譜儀在4000～500cm-1掃描范圍內(nèi)測定樣品元素種類[4]。

1.3.2 固化速率

采用攪拌測定樣品實(shí)干時間[5]，具體過程為：將聚合物溶液放入小玻璃瓶中，然后加入一顆攪拌磁子，在300rpm 轉(zhuǎn)速條件下磁力旋轉(zhuǎn)。放入濃度為5mol/L 的氫氧化鈉溶液和0.1mol/L 的二正丁胺溶液，記錄二丁胺溶液加入時間至磁子停止轉(zhuǎn)動的時間。

1.3.3 吸水溶脹率試驗(yàn)

將樣品裁剪成30mm2大小，放入真空干燥箱中烘干，烘干溫度為60℃，稱取薄膜干重。將烘干后薄膜放入37℃PBS 緩沖液中浸泡，每隔固定時間取出稱重，直至樣品吸水后質(zhì)量不再發(fā)生改變。

吸水溶脹率表達(dá)式為[6]：式中，Ws—干燥樣品質(zhì)量；Wd—吸水后樣品質(zhì)量。

1.3.4 表面形貌分析

將待分析樣品置于真空干燥箱內(nèi)干燥，干燥溫度和時間分別為100℃和1d。將樣品用導(dǎo)電膠固定后噴金處理，然后在5kV 加速電壓的作用下，用JSM-7610FPlus 型冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡采集圖像，觀察膠膜形貌特征[7]。

1.3.5 力學(xué)性能測試

參照美國材料與試驗(yàn)協(xié)會ASTM F2255-05，ASTM F2458-05 和 ASTM F2392-04 標(biāo) 準(zhǔn)，用ZY-9000 型萬能材料試驗(yàn)機(jī)對樣品力學(xué)性能進(jìn)行測試[8-9]。

1.3.6 體外降解試驗(yàn)

將干燥后樣品裁剪成2cm×2cm 大小，置于裝有雞蛋清的PBS 緩沖液中，置于37℃條件下恒溫放置，7d 后取出樣品用去離子水沖洗，置于真空干燥箱干燥2d，計(jì)算樣品的降解率。

降解率表達(dá)式為[10]：

降解率（%）=（Wo-Wd）/Wo×100%

式中，W0、Wd—降解前后樣品質(zhì)量。

1.3.7 蛋白質(zhì)吸附

將膠膜樣品置于PBS 緩沖液中平衡60min，然后置于BSA 緩沖液中，在37℃條件下浸泡180min，然后在150rpm 轉(zhuǎn)速條件下沖洗5min，置于離心管中，放入SDS 水溶液中浸泡60min，然后置于DK-009B 型超聲清洗機(jī)內(nèi)超聲處理5min。去除膠膜后加入2mLOPA 衍生液和去離子水，避光反應(yīng)5min，用N5000 型熒光分光光度計(jì)測定熒光信號下SDS 溶液的熒光強(qiáng)度，最后進(jìn)行換算。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜測試結(jié)果

圖1 為四種樣品的紅外光譜結(jié)果，其中（a）～（d）分別表示蓖麻油用量為12%～3%的膠粘劑。觀察圖1 可以發(fā)現(xiàn)，在所有樣品譜圖中，皆未發(fā)現(xiàn)屬于-NCO 的紅外吸收峰，證明-NCO 完全被消耗。在1530～1550 cm-1處可以觀察到游離和締合態(tài)的-C=O 吸收峰，說明多巴胺已經(jīng)成功接入IPDI，這也說明成功制備了不同蓖麻油用量的多巴胺封端消化科用組織膠。

圖1 四種多巴胺封端消化科用組織膠FTIR 光譜圖Fig. 1 The FTIR spectra of four kinds of dopamine terminated medical adhesive for gastroenterology

2.2 固化速率

觀察圖2 可知，當(dāng)蓖麻油用量增加至9%時，表干時間逐漸降低至58.5s。繼續(xù)增加蓖麻油濃度，其表干時間反而有所上升。這可能是因?yàn)檫^量的蓖麻油對鄰苯二酚產(chǎn)生包覆作用，使其難以暴露在空氣中，降低了其氧化交聯(lián)速度。同時，隨蓖麻油用量的增加，膠凝時間慢慢的下降，這可能是因?yàn)榉磻?yīng)體系表現(xiàn)為堿性，蓖麻油用量增加后，體系內(nèi)鄰苯二酚數(shù)目增加，固化速率隨之增加。以上結(jié)論表明了可以通過控制蓖麻油濃度控制反應(yīng)交聯(lián)速率。組織膠的制備需要滿足快速固化的條件和保持相對潮濕的環(huán)境，綜合考慮，蓖麻油用量為9%的組織膠固化速率最佳。

圖2 組織膠表干時間測試結(jié)果Fig. 2 The test results of surface drying time of tissue adhesive

2.3 膠膜吸水溶脹率

圖3 為膠膜溶脹比對圖。通過觀察圖3 可以發(fā)現(xiàn)，隨蓖麻油用量的增加，組織膠溶脹率表現(xiàn)出先降低后上升的趨勢，蓖麻油用量為9%的樣品具備總體上較低的溶脹比。這是因?yàn)楸吐橛陀昧繛?%時，體系內(nèi)存在大量的鄰苯二酚，聚合物內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為松散，因此膠膜吸水率較高。隨蓖麻油用量的增加，體系內(nèi)親水基團(tuán)減少，交聯(lián)程度增加，使膠膜吸水率有所降低。同時，隨交聯(lián)程度的增加，多巴胺結(jié)構(gòu)上的羥基也成倍的增加，在兩者共同作用下，體系內(nèi)溶脹率有最低值出現(xiàn)，并不是呈現(xiàn)規(guī)律的遞減趨勢。

圖3 膠膜溶脹比對圖Fig. 3 The comparison diagram of swelling ratio of adhesive film

2.4 力學(xué)性能

圖4 為組織膠力學(xué)性能測試結(jié)果，其中（a）為剪切強(qiáng)度與蓖麻油濃度關(guān)系；（b）為傷口粘合強(qiáng)度與蓖麻油濃度關(guān)系；（c）為體外破裂強(qiáng)度與蓖麻油濃度關(guān)系。觀察圖4 可知，蓖麻油用量增加，組織膠平均組織膠合強(qiáng)度隨之增加，表現(xiàn)出較強(qiáng)的組織粘合強(qiáng)度。但有研究表明，影響組織膠機(jī)械強(qiáng)度真正的原因是多巴胺中的鄰苯二酚封端數(shù)目。體系內(nèi)蓖麻油用量的增加，交聯(lián)密度隨之增加，原封端基團(tuán)-NCO 數(shù)目增加。多巴胺進(jìn)入體系后，其分子中-NH2在聚氨酯鏈段上連接，增加了新封端基團(tuán)的數(shù)目，進(jìn)而影響組織膠的力學(xué)強(qiáng)度。這也證明了多巴胺和蓖麻油用量是影響組織膠機(jī)械性能的主要原因。

圖4 力學(xué)性能測試結(jié)果Fig. 4 The results of mechanical property test

2.5 體外生物降解性能

圖5 為消化科組織膠膠膜的生物降解曲線。觀察圖5 可以發(fā)現(xiàn)，隨蓖麻油用量的增加，樣品的降解速度逐漸變得緩慢。其中蓖麻油用量為3%的樣品具有較為快速的降解速率，在7 周后，降解逐漸趨于平衡。而蓖麻油用量為6%和12%的消化科組織膠也同樣具備相似的生物降解行為。在降解初期，蓖麻油用量為12%的樣品失重率最低，后期才開始慢慢的增加，這有利于醫(yī)用組織膠的應(yīng)用。在傷口恢復(fù)初期，需要一定降解穩(wěn)定性，給消化科組織預(yù)留足夠的自修復(fù)時間，隨恢復(fù)進(jìn)程的進(jìn)行，組織膠開始降解，減小了對基體的傷害。在所有配方中，蓖麻油用量為9%的組織膠降解率最低，這可能是蓖麻油用量為9%時，其表面疏水性較高引起的。圖6 為組織膠降解前后的形貌變化，其中a～d 分別代表蓖麻油用量為3%～12%的組織膠。觀察圖6 可以發(fā)現(xiàn)，降解7 周后，所有樣品皆出現(xiàn)粗糙度變大、裂紋和孔洞的現(xiàn)象，該結(jié)構(gòu)可吸收傷口滲出物，富集紅細(xì)胞與血小板，對凝血功能產(chǎn)生積極作用。同時，該結(jié)構(gòu)對細(xì)胞黏附、遷移、營養(yǎng)物質(zhì)的供給都有好的影響，致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得組織膠表面形貌更加穩(wěn)定。

圖5 膠膜生物降解曲線Fig. 5 The biodegradation curve of adhesive film

圖6 膠膜降解前后表面形貌Fig. 6 The surface morphology of adhesive film before and after degradation

2.6 蛋白質(zhì)吸附量

圖7 為膠膜表面蛋白質(zhì)吸附量對比圖。由圖7知，蓖麻油用量為9%的組織膠BSA 吸附量最低，這是因?yàn)楸吐橛陀昧繛?%的樣品具有較高的表面疏水性，對蛋白質(zhì)抗性的增強(qiáng)產(chǎn)生積極作用，使其表現(xiàn)出較低吸附量，這也變相說明了該蓖麻油用量下交聯(lián)密度高。

圖7 膠膜表面BSA 吸附Fig. 7 The BSA adsorption on adhesive film surface

3 結(jié) 論

本研究以聚乙二醇（PEG）、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）、蓖麻油為主要原材料，采用多巴胺封端，制備可用作消化科用組織膠的多巴胺封端聚氨酯粘合劑。通過對其性能進(jìn)行研究，具體結(jié)論為：

（1）紅外光譜測試結(jié)果表明，成功制備了多巴胺封端聚氨酯粘合劑。

（2）固化試驗(yàn)表明，蓖麻油用量為9%時，表干時間為58.5s，固化速率最適合。

（3）蓖麻油用量為9%的組織膠總體性能較優(yōu)，體外剪切強(qiáng)度和破裂強(qiáng)度分別為57.3kPa 和42.5kPa，傷口粘合強(qiáng)度為55.6kPa。

（4）該組織膠具備良好的膠膜降解和較低的蛋白質(zhì)吸附量。

綜上所述，當(dāng)蓖麻油用量占單體總質(zhì)量的9%時，得到的組織膠綜合性能最佳。