3D打印技术制备纳米银自凝胶敷料及普外科应用与护理

单蓉蓉 周敏露 朱日祥 李申萍

摘 要： 针对传统敷料抑菌效果和保湿效果差，易造成伤口发炎和脱水等问题，提出采用3D打印技术制备一种新型纳米银水凝胶材料的制备，并对性能和临床应用效果进行研究。结果表明：纳米银负载量为0.03%制备的水凝胶敷料综合性能最优，抗拉强度约880 kPa;在应变量为50%时，拉伸应力为3 kPa，压缩强度约14.3 kPa，溶胀比约692%，保湿时间约800 min，体外凝血时间约18 min，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为60%和54%，满足外科创口敷料的使用要求。将其用于普外科手术护理，养护3 d后，患者伤口肿胀、疼痛改善和伤口发炎情况均优于传统敷料组，满意度达到100%；整体表现出良好的临床应用效果。

关键词： 水凝胶自凝胶；纳米银敷料；抑菌效果；3D打印

中图分类号： TQ427.2+6

文献标志码： A  文章编号： 1001-5922（2023）08-0107-04

Preparation and nursing of nano silver self-gel dressing by 3D printing technology and its application in general surgery

SHAN Rongrong1，ZHOU Minlu1，ZHU Rixiang1，LI Shenping2

（1.Jiangsu Hai’an People’s Hospital，Hai’an 226600，Jiangsu China；

2.Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200025，China）

Abstract： In view of the poor bacteriostatic and moisturizing effects of traditional dressings，which are easy to cause wound inflammation and dehydration，a new nano silver water gel material was by 3D printing technology prepared，and its performance and clinical application effect were studied.The test results show that the hydrogel dressing prepared with 0.03% loading of silver nanoparticle has the best comprehensive performance.At this time，the tensile strength of the dressing is about 880 kPa，the tensile stress is 38.9 kPa when the strain is 50%，the compressive strength is about 14.6 kPa，the swelling ratio is about 689%，the moisturizing time is about 800 min，the in vitro coagulation time is about 18 min，and the antibacterial rate to Escherichia coli and Staphylococcus aureus is 60% and 54% respectively，meeting the requirements for the use of surgical wound dressings.After using it for general surgical care and maintenance for 3 days，the patient's wound swelling，pain improvement，and wound inflammation are better than those of the traditional dressing group.The patient satisfaction rate reaches 100%，and the overall clinical application effect is good.

Key words： hydrogel self-gel;silver nanoparticle dressing;antibacterial effect;3D printing

傳统棉质敷料受其材料特性的影响，在对创口进行护理的过程中，存在屏障作用差、止血效果差的缺点，影响其护理效果。开发出一种性能良好的新型护理敷料，对患者伤口的护理有重要意义。通过冷冻干燥法制备了一种可止血的富血小板血浆壳聚糖/丝素蛋白多孔创口敷料，并对其性能进行研究[1]。制备了一种聚氨酯-Ch水凝胶，并研究了其作为创口敷料的性能。试验结果表明，该水凝胶溶胀比为10.58，24 h失水率为31.1%，压缩强度为0.70 MPa，溶血率为2.4%，细胞存活率为（101±1.7）%，可作为伤口敷料使用[2]。以上学者的研究表明，水凝胶材料是替代传统敷料的理想材料。但目前关于水凝胶用于创口敷料的研究还存在很多的问题，制备的水凝胶性能还不到理想创口敷料的要求。基于此，本试验以文献[3]论文中的方法为参考，制备了一种新型纳米银水凝胶材料，并对其性能和临床应用效果进行研究。

1 试验部分

1.1 材料与设备

主要材料：硝酸银（AR，银兴实业）；海藻酸钠（AR，然糠生物）；聚乙烯醇（PVA ）（AR，千奇化工）；羧甲基壳聚糖（AR，晨明生物）；氯化钙（AR，尚善化工）。

主要设备：HH-1型恒温水浴箱（华伟仪器）； Stratasys F123型3D打印机（金石三维打印科技）；SU5000型扫描电镜（维翰光电科技）；WDW型万能试验机（卓亚仪器）； FD-2B型冷冻干燥机（新诺仪器）；SH-6600型紫外分光光度计（盛奥华科技）。

1.2 试验方法

1.2.1  海藻酸钠-纳米银（SA-Ag）溶胶的制备

（1）分别配制质量浓度为1%的硝酸银溶液和质量浓度为 0.2%的海藻酸钠溶液；

（2）按不同质量比混合硝酸银溶液和海藻酸钠溶液进行混合，置于避光环境加热搅拌反应，搅拌时间为10 h，得到纳米银负载量分别为0%、0.01%、0.03%和0.05%的SA-Ag复合溶胶。

1.2.2   3D打印纳米银水凝胶敷料（PCS-Ag）的制备

（1）配制质量分数为10%的PVA溶液，然后按质量比 2%海藻酸钠，质量比1.6%的羧甲基壳聚糖粉末，在50℃水浴溶解，产物为PCS溶液；

（3）按体积比1 ∶1混合SA-Ag复合溶胶与PCS溶液，得到混合溶液；

（4）在3D打印机的作用下将混合溶液打印成均匀网格结构的纳米银水凝胶敷料，然后对制备的纳米银水凝胶敷料进行冷冻-干燥处理；

（5）将冷冻干燥后的纳米银水凝胶敷料放入质量分数为2%的氯化钙中进行交联，待充分溶胀交联后取出，将其放入冰箱进行冷冻处理，冷冻温度和时间分别为-20℃和6 h，然后进行室温解冻2 h。重复冰冻和解冻过程4次后，通过去离子水浸泡，每隔6 h换水，36 h后得到纳米银水凝胶敷料。

1.3 性能测试

将水凝胶充分溶胀后，通过万能试验机测试其力学性能。

溶胀：对样品进行冷冻干燥处理，然后置于蒸馏水中充分浸泡，根据浸泡前后质量变化计算溶胀比，并绘制溶胀曲线[4-5]。

保湿：将充分溶胀的样品在37 ℃恒温烘箱内放置，每隔固定时间对水凝胶进行称重，计算保湿率并绘制保湿曲线[6-7]。

抗菌试验：

将大肠杆菌和金黄色葡萄球菌与水凝胶共同培养12 h，测试菌液在 600 nm 处的 吸光度（OD） 值，计算材料的抑菌率[8-9]。

体外凝血试验：

在装有10 mg样品的试管中放入含10%柠檬酸纳的全血，然后放入60 μL 浓度为 0.25 mol/L 的氯化钙 溶液，每隔1 min倾斜试管，血液不再流动时记录时间。

2 结果与讨论

2.1 力学性能分析

2.1.1 拉伸性能

图1为抗拉强度试验结果。

由图1可知，水凝胶敷料抗拉强度在納米银用量为0.03%时达到最高，约为880 kPa。这是因为适量的纳米银进入水凝胶敷料体系后，在体系内均匀分布，能提高PVA的结晶和强化水凝胶的交联密度，是敷料抗拉强度6增加[10]。但纳米银用量过多时，会在水凝胶体系内相互团聚，这就增加了纳米银的粒径和影响了纳米银的分布情况，降低了水凝胶敷料的抗拉强度[11]。

通过应力-应变曲线（以0.03%纳米银用量为例）进一步对制备的水凝胶弹性性能进行表征，结果如图2所示。

由图2可知，水凝胶敷料可以承受应变量为50%的多次拉伸，加载曲线与卸载曲线间有较大滞后存在，这就说明在水凝胶敷料拉伸过程中，存在能量耗散的情况[12]。但随加载周期的增加，滞后面积明显减小逐渐趋于稳定，这就说明随加载周期的增加，水凝胶敷料的能量耗散减少，且逐渐趋于稳定。同时还能从图2可知，随加载周期的增加，应变量为 50%时的应力有所下降，但下降幅度较小，最后慢慢趋于稳定，表现出良好的弹性性能。当纳米银用量为0.03%时，水凝胶敷料在该应变量条件下拉伸应力约为39.1 kPa。

2.1.2 压缩性能

对纳米银水凝胶创口敷料（以纳米银负载量0.03%为例）压缩性能进行表征，结果如图3所示。

由图3可知，水凝胶敷料的滞后曲线面积不随加载-卸载周期循环的增加发生变化，这就说明了本试验制备的纳米银水凝胶敷料能量耗散较为稳定。同时，随循环周期的增加，纳米银水凝胶敷料在应变量为50%时的压缩应力均有一定增加，表明压力卸载后，纳米银水凝胶敷料能迅速恢复到初始状态，压缩性能良好。 这是受水凝胶敷料特殊的网状结构影响，在外界载荷压力的作用下，水凝胶中的水分被挤压，在外界压力卸去后，水分又被快速吸收，快速恢复至初始状态，满足创口敷料的压缩性能要求，0.03%纳米银水凝胶敷料的压缩强度约为14.3 kPa。

2.2 溶胀及保湿性能

2.2.1 溶胀性能

图4为水凝胶溶胀性能测试结果。

由图4可知，水凝胶吸水能力较好，吸水速度快，在1 min内基本达到溶胀平衡，且基本不受纳米银影响，能满足使用过程中快速吸收血液和多余渗出液的功能[13-14]。这是因为纳米银水凝胶敷料特殊的网格结构具备较大的与液体接触的面积，使其吸水速度有所增加，快速达到溶胀平衡。当纳米银负载量为0.03%时，水凝胶敷料溶胀比约为692%。

2.2.2 保湿性能

图5为保湿性能测试结果。

由图5可知，体系内随纳米银负载量的增加，水凝胶敷料的失水速度表现出先减小后增加的变化趋势，达到平衡的时间则表现出先增大后减小的趋势，也就是说，随体系内纳米银用量的增加，水凝胶敷料的保湿性能表现出先增加后降低的趋势。当纳米银用量为0.03%时，创口敷料保湿时间约为800 min，表现出良好的保湿效果，可以满足创口敷料对创面保湿功能的要求。

2.3 抗菌性能评价

图6为抗菌性能测试结果。

由图6可知，随水凝胶敷料中纳米银负载量的增加，2种细菌的OD值均表现出先降低再增加的变化趋势。说明随体系内纳米银负载量的增加，对2种细菌的抑菌性也是先增加后降低。这是因为壳聚糖自身具备一定的抗菌性，与具有抑菌性的纳米银结合后，抑菌性能得到进一步提升。但纳米银负载量过多时，会在体系内团聚，这增加了纳米银的粒径，对其抗菌效果产生影响[15]。0.03%纳米银水凝胶敷料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为60%和54%，满足外科创口敷料的使用要求。

2.4 体外凝血性能评价

图7为体外凝血试验结果。

由图7可知，随水凝胶敷料中纳米银负载量的增加，创口凝血时间表现出先降低后增加的变化趋势。当纳米银负载量为0.03%时，其凝血时间约为18 min，表现出良好的凝血效果。纳米银水凝胶敷料具备良好的组织粘附和机械封闭的作用，使得水凝胶拥有促体外凝血的能力，满足普外科护理要求。

2.5 临床应用效果

2.5.1 一般资料

选择2021年6月至2022年6月入院的100名在普外科就诊的患者，随机分为试验组和对照组，试验组采用纳米银水凝胶敷料进行护理，对照组采用传统纱布护理。

2.5.2 纳入标准

知情同意并自愿参与本研究；单纯由普外科手术带来的伤口，不存在其余原因出现的伤口和不适应药物使用者。

2.5.3 临床护理应用步骤

对创口消毒后，将敷料覆盖在伤口表面，并用纱布固定，同等条件护理3 d，更换敷料时观察患者伤口情况和疼痛情况，在出院时对患者满意度进行调查。

2.5.4 统计方法

采用SPSS20.0处理分析数据。采用2样本 t 检验，计数资料采用百分比表示，采用 χ 2检验。以“ P ＜0.05”为差异具有统计学意义。

2.5.5 临床应用结果

敷料临床应用效果评价结果如表1所示。

由表1可知，经过纳米银水凝胶敷料治疗 3 d后，患者伤口肿胀情况、疼痛改善情况和伤口发炎均优于传统敷料组，满意度达到100%，临床应用效果良好，结果具有统计学意义（ P <0.05）。

3 结语

（1）纳米银水凝胶敷料结构为贯穿上下的网络结构，其内部孔径大小均匀，排列整齐致密；

（2）纳米银进入水凝胶敷料体系后，在体系内均匀分布，能提高PVA的结晶和强化水凝胶的交联密度，增加了水凝胶的抗拉强度。而其特殊的网格结构使其具备较好的压缩强度，力学性能表现良好；

（3）纳米银水凝胶创口敷料在1 min内可达到溶胀平衡，保湿时间约为800 min，可使伤口长时间保持湿润状态，促进伤口的愈合；

（4）纳米银水凝胶敷料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为60%和54%，满足外科创口敷料的使用要求；

（5）水凝胶敷料凝血时间约为18 min，表现出良好的凝血效果；

（6）经过纳米银水凝胶护理3 d后，患者伤口肿胀情况、疼痛改善情况和伤口发炎均优于传统敷料组，表现出良好的临床应用效果。

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