手术缝合线变温红外光谱研究

于宏伟，牟　微，刘　磊，侯腾硕，李乐泰，宗再兴，王擘政，李鑫琰

(石家庄学院化工学院，河北石家庄　050035)

手术缝合线作为一种特殊纺织品，是指在外科手术当中，用于结扎止血、缝合止血以及组织缝合的特殊线[1-2]。手术缝合线一般可分为可吸收线和不可吸收线两大类。其中可吸收缝合线根据材质及吸收程度不同又分为: 羊肠线、化学合成线、纯天然胶原蛋白缝合线等。不可吸收线是指不能够被人体组织吸收的缝合线，所以缝合后需要拆线。和一般纺织品相比，手术缝合线抗张强度，结构摩擦系数，线结牢固性，摩擦系数，弹性均有较大的差异[3-4]。衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)广泛应用于纺织材料的结构研究中，笔者在此方面做了大量相关研究工作[5-8]，因此本文采用 ATR-FTIR 结合变温红外技术，开展了手术缝合线(Polyglactin 910 型号)变温红外光谱(包括：变温一维红外光谱和变温二阶导数红外光谱)，来进一步探索研究温度变化对于手术缝合线微观结构的影响。本项研究为国内开发相关特种纺织材料，提供了有益的借鉴。

1　实验

1.1　材料

手术缝合线(Polyglactin 910 型号，美国 Ethicon, Inc. 公司生产)。

1.2　仪器

红外光谱仪(Spectrum 100)； ATR-FTIR 变温附件(Golden Gate)；ATR-FTIR 变温控件(WEST 6100+)。

1.3　实验方法

实验方法请参考文献报道[7-8]。

2　结果与讨论

A 手术缝合线一维红外光谱

B 手术缝合线二阶导数红外光谱

在 4000 cm-1～ 600 cm-1频率范围内，开展了手术缝合线的红外光谱研究[9-12]。实验发现：手术缝合线的特征红外吸收频率主要集中在 3000 cm-1～ 2800 cm-1、1800 cm-1～ 1350 cm-1、1300 cm-1～ 1000 cm-1等三个频率区间，因此本文重点在这三个频率区间开展手术缝合线红外光谱及变温红外光谱的研究。

2.1　手术缝合线红外光谱研究

2.1.13000 cm-1～ 2800 cm-1频率范围内手术缝合线红外光谱研究

A 手术缝合线一维红外光谱

B 手术缝合线二阶导数红外光谱

在3000 cm-1～ 2800 cm-1频率范围内首先展开了手术缝合线的一维红外光谱的研究工作(图 2A)，其中 2957 cm-1频率处(303 K)的红外吸收峰归属于 CH3不对称伸缩振动模式(νasCH3)，2917 cm-1频率处(303 K)的红外吸收峰归属于糖基团中CH2不对称伸缩振动模式(νasCH2-sugar)，而 2849 cm-1频率处(303 K)的红外吸收峰则归属于糖基团中CH2对称伸缩振动模式(νsCH2-sugar)；而手术缝合线的二阶导数红外光谱的分辨能力则有了明显的提高(图 2B)，其中 2995 cm-1频率处(303 K)吸收强度较弱的红外吸收峰归属于乳酸基团中 CH3不对称伸缩振动模式(νasCH3-poly-lactic acid)，2943 cm-1频率处(303 K)吸收强度较弱的红外吸收峰归属于乳酸基团中 CH3对称伸缩振动模式(νsCH3-poly-lactic acid)，而 2873 cm-1频率处(303 K)吸收强度较弱的红外吸收峰归属于CH3对称伸缩振动模式(νsCH3)。

2.1.21800 cm-1～ 1350 cm-1频率范围内手术缝合线红外光谱的研究

A 手术缝合线一维红外光谱

B 手术缝合线二阶导数红外光谱

在 1800 cm-1～ 1350 cm-1频率范围内展开了手术缝合线的一维红外光谱的研究工作(图 3A)。1745 cm-1频率处(303 K)的红外吸收峰归属于乳酸基团中羰基 C=O 伸缩振动模式(νC=O-poly-lactic acid)，进一步开展了手术缝合线的二阶导数红外光谱的研究工作(图 3B)，其中 1463 cm-1频率处(303 K)吸收强度较弱的红外吸收峰归属于糖基团中 CH2变角振动模式(δCH2-sugar)，1454 cm-1频率处(303 K)吸收强度较弱的红外吸收峰归属于乳酸基团中 CH3不对称变角振动模式(δasCH3-poly-lactic acid)，而 1380 cm-1频率处(303 K)吸收强度较弱的红外吸收峰归属于乳酸基团中CH3对称变角振动模式(δsCH3-poly-lactic acid)。

2.1.31300 cm-1～ 1000 cm-1频率范围内手术缝合线红外光谱的研究

A 手术缝合线一维红外光谱

B 手术缝合线二阶导数红外光谱

在 1300 cm-1～ 1100 cm-1频率范围内展开了手术缝合线的一维红外光谱的研究工作(图 4A)，其中 1085 cm-1频率处(303 K)的红外吸收峰归属于糖基团中 C-O 伸缩振动模式(νC-O-2-sugar)，进一步开展了手术缝合线二阶导数红外光谱的研究(图 4B)，其中 1263 cm-1频率处(303 K)吸收强度较弱的红外吸收峰归属于乳酸基团中 C-O 伸缩振动模式(νC-O-1-poly-lactic acid)，1245 cm-1频率处(303 K)吸收强度较弱的红外吸收峰归属于糖基团中 C-O 伸缩振动模式(νC-O-1-sugar)，1185 cm-1频率处(303 K)的红外吸收峰归属于乳酸基团中 C-O 伸缩振动模式(νC-O-2-poly-lactic acid)，1130 cm-1频率处(303 K)的红外吸收峰归属于乳酸基团中 C-O 伸缩振动模式(νC-O-3-poly-lactic acid)，1044 cm-1频率处(303 K)的红外吸收峰归属于糖基团中 C-O 伸缩振动模式(νC-O-3-sugar)。经过红外光谱研究，可以确定 Polyglactin 910 型号手术缝合线主要结构是乳酸/糖的共聚物，其分子结构如图 5 所示。

图5　手术缝合线分子结构

2.2　手术缝合线变温二阶导数光谱研究

由于手术缝合线的二阶导数红外光谱的分辨能力要优于相应的一维红外光谱，因此在 3000 cm-1～ 2800 cm-1、1800 cm-1～ 1350 cm-1和 1300 cm-1～ 1000 cm-1等三个频率区间内，重点开展了手术缝合线变温二阶导数红外光谱研究。其中以红外吸收强度较大的 νasCH2-sugar，νsCH2-sugar，νC=O-poly-lactic acid和νC-O-3-sugar为主要考查对象，来进一步探索研究温度变化对于手术缝合线分子微观结构的影响，相关变温二阶导数红外光谱数据见表 1。

表1　手术缝合线变温二阶导数红外光谱数据

注：↓ 代表随着测定温度的增加，手术缝合线有机官能团对应的红外吸收强度降低。↑ 代表随着测定温度的增加，手术缝合线有机官能团对应的红外吸收强度增加。

实验发现(表 1)：随着测定温度的升高，手术缝合线 νasCH2-suga和νsCH2-sugar对应的红外吸收峰出现了明显的蓝移现象，这可能是因为随着温度的升高，手术缝合线分子中糖基团氢键(图 5 手术缝合线分子结构中的 1 位，2 位和 3位)作用减弱，分子聚合度降低，因此相应的官能团红外吸收频率增加；而手术缝合线的νC=O-poly-lactic acid 对应的红外吸收频率基本不变，则进一步证明，随着测定温度的升高，手术缝合线分子中乳酸基团结构相对较为稳定。

3　结论

手术缝合线同时存在着：νCH(包括：νasCH3-poly-lactic acid、νasCH3、νsCH3-poly-lactic acid、νsCH3，νasCH2-sugar和νsCH2-sugar)，νC=O-poly-lactic acid，δCH(包括：δCH2-suga、δasCH3-poly-lactic acid和δsCH3-poly-lactic acid)和 νC-O(包括：νC-O-1-poly-lactic acid、νC-O-2-poly-lactic acid、νC-O-3-poly-lactic acid、νC-O-1-sugar、νC-O-2-sugar和νC-O-3-sugar)等四种红外吸收模式，最终确定手术缝合线主要结构是乳酸/糖共聚物。进一步采用变温红外光谱技术研究温度变化对于手术缝合线结构的影响。实验发现：在 303 K ～ 393 K的温度范围内，手术缝合线 νasCH2-sugar和νsCH2-sugar对应的红外峰出现了明显的蓝移现象。实验证明手术缝合线的热稳定性较差，并进一步研究了其热变机理。

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