可溶性止血医用棉纱布的制备及其性能

钱璐敏， 张 斌,2

(1. 东华大学 纺织学院， 上海 201620； 2. 东华大学 纺织面料技术教育部重点实验室， 上海 201620)

手术治疗的应用越来越多，止血作为手术最基本操作，越来越受到重视。其中毛细血管、小静脉等由于管壁较薄，手术过程中牵拉和利器切割等都会导致这类血管破裂，因此，在普通胸外科手术[1]、肝脏手术[2]、脾部分切除手术[3]和盆腔手术等外科手术中，大面积的毛细血管渗血和小静脉出血等现象比较常见。术中渗血会导致手术视野不清、延长手术时间、引发血肿，严重的还会引起感染，甚至二次打开手术部位进行止血。传统的术中渗血采用纱布填塞法止血，但纱布填塞会压迫器官，纱布拆除后会引发再出血[4]，且该方法并发症的发生率达到27%[5]。此外，近年来术后遗留纱布的医疗事故时有发生，因此纱布填塞法是一种非理想止血手段。目前，可溶性止血纱布被开发应用于针对毛细血管渗血和小静脉出血等进行止血。

按医疗器械分类要求，现有的可溶性止血纱布属于二类和三类医疗器械，分别用于体表和体内，如纱泰祺、尚和、德纳泰、西臣力泰和速即纱等品牌。其中，进口产品价格较昂贵，而国内产品在溶解、止血和降解等方面存在时间长等缺陷[6]。目前关于可溶性止血纱布的研究主要集中在探究制备工艺及止血等性能评价方面。崔国士等[7]深入研究了可溶性止血纱布的制备工艺，并将其应用于兔耳和人体获得其凝血效果评价；王剑平[6]以取代度作为主要评价指标，探究了可溶性止血纱布的制备工艺；徐玉茵等[8]通过制作兔肝脏出血模型研究了可溶性止血纱布的止血时间以及纱布在体内的安全性；林奕[9]利用兔肝脏和小鼠断尾创面止血法对2种不同成分的可溶性止血纱布的止血时间进行了研究。

上述研究均制得了性能较优的可溶性止血纱布，且证明了可溶性止血纱布有较好的止血性能和生物安全性，但以动物实验来检测止血效果，动物个体差异影响检测结果，且费时耗财。用取代度来衡量纱布的溶解性，不仅测试过程复杂、误差较大，而且纱布的溶解情况和取代度不呈线性关系，无法用取代度预判纱布的溶解性能，直观性较差。由于可溶性纱布通过溶解起到堵塞血管末端，促进血液浓缩，增加血液黏度，减缓血流等作用[10]，因此溶解时间与止血速率息息相关，兼顾了测试的精确性和简便性。因此，本文将溶解时间引入评价体系，探讨研究可溶性止血医用棉纱布的羧甲基化制备工艺参数对纱布溶解性能的影响，寻求较佳的制备工艺，并对改性前后的可溶性止血纱布进行表征。

1 试验部分

1.1 主要材料与试剂

材料：医用脱脂棉纱布(平纹，经纬纱线密度均为27.8 tex，经纬密分别为110、102 根/(10 cm)，曹县康源医用卫生材料有限责任公司)。

试剂：氢氧化钠(平湖化工试剂厂)，氯乙酸(国药集团化学试剂有限公司)，乙酸(上海凌峰化学试剂有限公司)，无水乙醇(常熟市杨园化工有限公司)。 以上试剂均为分析纯。

1.2 主要仪器设备

TP-114型电子天平(丹佛仪器北京有限公司)，DK-S26型电热恒温水浴锅(上海森信实验仪器有限公司)，DHG-9 420 A型电热鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司)，Spectrum Two型红外光谱仪(英国珀金埃尔默公司)，SU8010型冷场发射扫描电子显微镜(日本日立公司)

1.3 医用纱布的羧甲基化改性处理

本文采用溶媒法羧甲基化改性来制备可溶性止血棉纱布[11]，主要流程为：纱布→碱化→醚化→中和、洗涤、烘干→可溶性止血纱布。具体实验操作为：裁剪质量为3 g的纱布，将其平整地置于100 mL乙醇溶液中浸润10 min，再加入50 mL一定质量分数的氢氧化钠溶液，搅拌均匀，在20 ℃下碱化处理一定时间。取出纱布，拧干，放入含有质量分数为20%的40 mL氢氧化钠溶液和100 mL一定质量分数的氯乙酸溶液的混合液中，在一定温度下醚化处理一定时间后，取出纱布，用1 mol/L的乙酸与无水乙醇配成的溶液调节纱布pH值至中性，再用80%的乙醇洗涤纱布数次，烘干后制得可溶性止血纱布。

1.4 可溶性止血纱布溶解性能的测试

准确称取0.3 g纱布，放入30 mL蒸馏水中，摇晃使其浸润纱布，在20 ℃下静置，观察纱布完全溶解为均一透明的溶液所需时间。若溶解1周后溶液中仍存在不溶状颗粒，则认为未完全溶解；若溶解1周后纱布仍为完整形态，则认为不溶解。

1.5 羧甲基基团的红外光谱测试

分别将改性前后的医用棉纱布用KBr压片法制样，在65 ℃下烘干4 h。采用红外光谱仪测棉纱布的红外吸收光谱，扫描范围为4 000～400 cm-1。

1.6 纱布外观形貌观察

采用冷场发射扫描电子显微镜对改性前后的医用棉纱布进行表面形态观察，测试前样品进行喷金处理，测试时加速电压为5 kV。

2 结果与讨论

2.1 碱化工艺的探究

2.1.1 碱液质量分数的影响

纱布在10%～30%的不同质量分数碱液中碱化30 min后，在温度为60 ℃，质量分数为7.0%的氯乙酸溶液中醚化处理5 h，其中碱液质量分数为氢氧化钠在50 mL水中的质量百分比。测得纱布的溶解性能如表1所示。

表1 碱液质量分数对纱布溶解性能影响Tab.1 Influence of mass fraction of sodium hydroxide on solubility of gauze

从表1可看出：当碱液质量分数小于15%时，纱布难以完全溶解；增加碱液质量分数，纱布溶解性提高，完全溶解所需时间减少，在碱液质量分数为20%时，溶解所需时间最少；继续增加碱液质量分数，纱布溶解所需时间增加，溶解性能降低。碱液质量分数小于15%时，纱布碱化程度较小，生成的碱纤维素较少，不利于后续醚化反应的进行，生成的羧甲基纤维素较少，纱布难以完全溶解。当碱液质量分数大于15%时，随着碱液质量分数增加，碱纤维素渐增，促进了醚化反应的进行，纱布溶解性提高，溶解所需的时间越来越少；当碱液质量分数为20%时，纱布的溶解时间最少，溶解性能最好。但当碱液质量分数超过20%时，纤维素大分子链上可碱化的羟基越来越少，碱化难度越来越大；此外，体系中游离碱增多会使副反应加剧，不利于羧甲基化反应进行。综合考虑，碱液质量分数选为20%较合适。

2.1.2 碱化时间的影响

纱布在质量分数为20%的碱液中碱化处理5～60 min，在温度为60 ℃，质量分数为7.0%的氯乙酸溶液中醚化处理5 h，不同碱化时间下纱布的溶解性能如表2所示。

表2 碱化时间对纱布溶解性能影响Tab.2 Influence of alkalization time on solubility of gauze

从表2可看出：碱化时间少于15 min时，纱布未完全溶解或溶解时间较长；延长碱化时间，纱布溶解性提高，完全溶解所需的时间减少；在30 min时，溶解所需时间最少；30 min后继续延长碱化时间，纱布溶解性下降。碱化时间较少时，纱布未完全碱化，碱化反应不充分，生成的碱纤维素较少，致使醚化反应生成的羧甲基纤维素较少，纱布未能完全溶解或溶解所需时间较长。随着碱化时间延长，纱布碱化程度增加，醚化生成羧甲基纤维素增多，纱布溶解时间减少。而碱化时间大于30 min时，纱布上可发生碱化的羟基越来越少，难度越来越大；此外，碱化可使纤维膨胀，纤维素的过度膨胀使纱布结构紧密，纤维间空隙变小，不利于醚化反应时氯乙酸向碱纤维素渗透扩散，导致醚化反应生成的羧甲基纤维素较少，纱布溶解时间增加。因此，选择碱化时间为30 min较合适。

2.2 醚化工艺的探究

2.2.1 氯乙酸质量分数的影响

纱布在质量分数为20%的碱液中碱化30 min后，在60 ℃，质量分数为3.5%～16.0%的氯乙酸溶液中醚化处理5 h，不同氯乙酸质量分数下纱布的溶解性能如表3所示。

表3 氯乙酸质量分数对纱布溶解性能影响Tab.3 Influence of mass fraction of chloroacetic acid on solubility of gauze

从表3可看出：当氯乙酸质量分数过大或过小时，纱布呈不溶解状态；在氯乙酸质量分数为10.5%时，纱布溶解性能最好，溶解所需时间最少。氯乙酸质量分数过低，纱布碱化后生成的碱纤维素与氯乙酸反应生成羧甲基纤维素很少。随着氯乙酸质量分数的增加，碱纤维素与氯乙酸间的分子碰撞概率增加，反应生成羧甲基纤维素渐增，致使纱布溶解时间减少，溶解性能变好。继续增加氯乙酸质量分数，会降低反应体系pH值，溶液呈弱碱性，不利于亲核取代醚化反应的进行，从而使得生成的羧甲基纤维素减少，纱布的溶解性能变差。因此，选择氯乙酸质量分数为10.5%较合适。

2.2.2 醚化时间的影响

纱布在质量分数为20%的碱液中碱化30 min后，在温度为60 ℃，质量分数为10.5%的氯乙酸溶液中醚化处理1～5 h，不同醚化时间下纱布的溶解性能如表4所示。

表4 醚化时间对纱布溶解性能影响Tab.4 Influence of etherification time on solubility of gauze

从表4可看出：当醚化时间少于2 h时，纱布未完全溶解；当醚化时间大于2 h，随着醚化时间延长，纱布溶解时间减少，溶解性变好，且在4 h时溶解所需时间达到最小值；之后随着醚化时间延长，纱布溶解变差，溶解时间增加。醚化时间小于2 h时，纱布未完全溶解，这是因为醚化时间过短，碱纤维素还未与氯乙酸反应，或反应度很低，生成的羧甲基纤维素很少，纱布无法溶解。随着醚化时间的延长，纱布中越来越多的碱纤维素发生醚化反应生成羧甲基纤维素，纱布溶解时间减少。之后继续增加醚化时间，会导致氯乙酸与碱反应生成羟乙酸钠、氯乙酸水解生成羟乙酸等副反应增加，溶液中氯乙酸减少，从而使醚化反应生成的羧甲基纤维素减少，纱布的溶解时间增加。因此，选择醚化时间4 h较合适。

2.2.3 醚化温度的影响

纱布在质量分数为20%的碱液中碱化30 min后，在温度为40～80 ℃，质量分数为10.5%的氯乙酸溶液中醚化处理4 h，不同醚化温度下纱布的溶解性能如表5所示。

表5 醚化温度对纱布溶解性能影响Tab.5 Influence of etherification temperature on solubility of gauze

从表5可看出：当醚化温度小于50 ℃时，纱布未溶解或未完全溶解；当醚化温度大于60 ℃时纱布溶解性变好，溶解时间逐渐减少，且在70 ℃时达到最优；之后随着醚化温度升高，纱布溶解性变差，溶解时间增加。醚化温度小于50 ℃时，分子运动不活泼，活性较低，分子间发生醚化反应的程度较低，纱布的溶解性能较差，无法溶解或难以完全溶解。增加醚化温度，分子动能增加，反应活泼，碱纤维素的羧甲基化程度增加，因此纱布的溶解时间大大减少，溶解性能提高，在70 ℃时溶解时间达到最小值，纱布溶解性能最好。此后，升高醚化温度，使生成的羧甲基纤维素在纤维表面形成羧甲基纤维素钠(CMC)凝胶层，阻碍醚化剂向碱纤维素的进一步渗透扩散[12]，导致生成羧甲基纤维素较少且不均匀；此外，温度升高也增加了副反应的发生，致使纱布溶解性能下降，溶解时间增加。因此，醚化温度选为70 ℃较合适。

2.3 羧甲基基团的红外光谱分析

图1为改性前后医用棉纱布的傅里叶变换红外光谱图。改性工艺为：棉纱布在质量分数为20%的碱液中碱化30 min后，在温度为70 ℃、质量分数为10.5%的氯乙酸溶液中处理4 h。

图1 医用棉纱布的傅里叶变换红外光谱图Fig.1 FT-IR spectra of medical cotton gauze

从图1可看出，未改性医用纱布在3 700～3 300 cm-1处呈现强而尖锐的羟基伸缩振动形成的特征吸收峰，而改性后医用棉纱布由于部分羟基被取代，在该波数处吸收峰明显变弱。改性后医用棉纱布在1 589 cm-1处出现—COOH的特征吸收峰，在1 415 cm-1处出现—CH2形成的伸缩振动特征吸收峰，在1 323 cm-1处出现羟基形成的弯曲振动吸收峰。由此可判断，纤维素结构中确实引入了羧甲基基团，表明医用棉纱布发生了羧甲基化反应。

2.4 外观形貌分析

图2为改性前后医用棉纱布放大5 000倍的扫描电子显微镜照片。改性工艺为：棉纱布在质量分数为20%的碱液中碱化30 min后，在温度为70 ℃、质量分数为10.5%的氯乙酸溶液中处理4 h。

图2 医用棉纱布扫描电子显微镜照片(×5 000)Fig.2 SEM images of medical cotton gauze before (a) and after (b) modification(×5 000)

由图2可看出：未改性医用棉纱布中纤维表面毛羽较多，粗糙不光滑，纤维排列较整齐；改性后的医用棉纱布纤维直径增加，这是因为纤维经羧甲基化改性后，葡萄糖基环上的部分羟基被羧甲基取代，空间位阻增加，导致纤维素大分子间氢键减少[13]，增加了大分子链排列的无序性，水易进入而膨胀纤维。

3 结 论

1)通过单因素试验，发现碱化预处理时碱化时间、碱液质量分数以及醚化改性时氯乙酸质量分数、醚化时间和醚化温度均影响可溶性止血纱布的溶解时间。随着碱化预处理时碱液质量分数、碱化时间以及醚化改性时氯乙酸质量分数、醚化时间、醚化温度的增加，纱布的溶解时间呈先减少后增加的趋势。

2)以纱布的溶解时间为评价指标，确定棉纱布羧甲基化法制备可溶性止血纱布的较优工艺：棉纱布用质量分数为20%的氢氧化钠溶液在20 ℃下碱化30 min后，用质量分数为10.5%的碱性氯乙酸乙醇溶液在70 ℃下醚化处理4 h，此时纱布溶解所需时间为4 h。

3)红外光谱分析表明棉纱布发生了羧甲基化反应，扫描电子显微镜观察到棉纱布羧甲基化后纤维直径增加。

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