近年來(lái)，醫(yī)用海綿在藥物緩釋[-2]、傷口敷料31、細(xì)胞培養(yǎng) 和組織工程等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。冷凍干燥是目前普 遍使用的一種制備醫(yī)用海綿的方法，一般是將聚合物溶液、乳 液或水凝膠低溫下冷凍，冷凍過(guò)程中發(fā)生相分離，溶液中的水 分凍結(jié)形成細(xì)小的冰晶，隨后在真空條件下，冰晶逐步氣化消 失，原冰晶占據(jù)的空間就形成了孔。

由于天然生物高分子具有生物相容性好，無(wú)毒、無(wú)刺激, 無(wú)過(guò)敏反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，羧甲基淀粉鈉和海藻酸鈉復(fù)合海綿的制備與表征，所以利用其開(kāi)發(fā)生物醫(yī)用海綿成為研宄 的熱點(diǎn)。Young等[71使用冷凍干燥的方法用碳二亞胺交聯(lián) 劑，制備了明膠/海藻酸鈉交聯(lián)海綿。樊李紅等[81用冷凍干燥 的方法，利用殼聚糖的氨基正離子和海藻酸鈉的羧酸根負(fù)離 子之間的聚電解質(zhì)作用，制備醫(yī)用海綿。淀粉也是天然高分 子，其植物源性、可被人體吸收，并且由于可以被人體內(nèi)的淀 粉酶分解代謝，不會(huì)因過(guò)敏引起并發(fā)癥，因此在生物醫(yī)學(xué)有廣 闊前景。但大多數(shù)淀粉及其衍生物不能在水中溶解而形成均 勻的溶液，淀粉吸水后顆粒膨脹而不溶解。因此，通過(guò)冷凍干 燥制備純羧甲基淀粉納（CMS)的海綿，發(fā)現(xiàn)其成型性能差，強(qiáng) 度低并易碎，甚至?xí)霈F(xiàn)淀粉顆粒從海綿上脫落下來(lái)的現(xiàn)象， 嚴(yán)重影響應(yīng)用。

本方法以海藻酸鈉（SA)作為羧甲基淀粉納（CMS)支撐 體，利用冷凍干燥方法制備CMS/SA復(fù)合海綿。CMS是一種 由淀粉經(jīng)醚化反應(yīng)的產(chǎn)物，含有親水性的羧基，常用于醫(yī)藥行 業(yè)中作為藥片的崩解劑[9]。海藻酸鈉SA具有促進(jìn)傷口愈 合[|0]、止血的功能[|11，在傷口處理方面的應(yīng)用日益廣泛。

1實(shí)驗(yàn)部分 1. 1材料

羧甲基淀粉鈉(CM S):醫(yī)藥級(jí)，上海新振華試劑公司進(jìn)口 分裝；海藻酸鈉(SA):化學(xué)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2復(fù)合海綿制備

首先將羧甲基淀粉鈉CMS加入去離子水中（質(zhì)量比為1 :10)，充分?jǐn)嚢枋笴MS充分溶脹并配制成CMS懸浮液；同 時(shí)將不同質(zhì)量海藻酸鈉SA溶于去離子水中，得到SA溶液； 然后將CMS懸浮液與SA溶液混合后，充分?jǐn)嚢栊纬蓾{液，倒 入不銹鋼模具中，在-40°C下低溫貯存箱預(yù)凍24h;再放入 FI-1冷凍干燥機(jī)中，在-50°C、真空度小于10Pa下冷凍干燥 24h，得到CMS/SA復(fù)合海綿。為做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，按上述制備方 法制備純CMS和SA純海綿。

1.3結(jié)構(gòu)表征

力學(xué)性能測(cè)試

采用微機(jī)電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（CMT4101，深圳新三思試驗(yàn)設(shè) 備公司）按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/ T104P92)進(jìn)行海綿壓縮性能的測(cè) 定，運(yùn)行速度1mm/ min,試樣長(zhǎng)、寬為40mm @ 30mm,重復(fù)5

次取平均值。

15吸水速率的測(cè)試

采用德國(guó)Dataphysics公司生產(chǎn)的OCA40Micro視頻接

觸角測(cè)量?jī)x測(cè)定海綿的吸水速率。

2結(jié)果與討論

21海綿的紅外光譜分析

圖1為純SA海綿、純CMS海綿及CMS/SA復(fù)合海綿的 紅外光譜圖，羧甲基淀粉鈉和海藻酸鈉復(fù)合海綿的制備與表征，在CMS的譜圖中可以看到，930cm- 1、50 cm- 1、

760cm- 1處為淀粉特征的0-D吡喃葡糖振動(dòng)峰，1610cm- 1、 1410cm- 1和1320cm- 1處為COO■伸縮振動(dòng)峰；在SA的譜圖 中，890cm-1為C-H彎曲振動(dòng)吸收峰及783cm-1處的振動(dòng)吸 收峰；而在CMS/SA復(fù)合海綿的紅外譜圖中，均可以觀察到上 述所有的特征峰，但其特征峰沒(méi)有發(fā)生偏移，說(shuō)明CMS和 CMC共混后只是簡(jiǎn)單的物理混合，并未形成明顯的化學(xué)鍵相 互作用。

 

2 2復(fù)合海綿的SEM分析

2.2.1 CMS海綿SEM分析

CMS加入去離子水中，配制成CMS懸浮液，經(jīng)冷凍干燥 制備純CMS海綿。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，純CMS海綿成型性能較差, 松脆易碎，且可以觀察到淀粉顆粒易從海綿上脫落下來(lái)的現(xiàn) 象，海綿力學(xué)性能差。從純CMS海綿斷面的SEM照片可以 看到，海綿中淀粉依然以顆粒的形式存在，雖然淀粉顆粒有一 定溶脹，彼此有一定粘聯(lián)，但很難形成均勻的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 并可以觀察到貫穿海綿截面的大裂紋（如圖2b)。這是由于 CMS與水形成的是一個(gè)非均相的懸浮體系，淀粉顆粒處在溶 脹狀態(tài)，不能像處在溶解狀態(tài)的大分子一樣形成纏結(jié)結(jié)構(gòu)，顆 粒之間粘結(jié)力較差，要形成多孔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較困難；同時(shí)， 由于水在體系內(nèi)分布不均勻，冷凍過(guò)程中水分較多的區(qū)域形 成冰晶經(jīng)升華后，則容易形成較大的裂紋，影響其成型。由于 溶脹的淀粉顆粒之間粘結(jié)力較差，也會(huì)造成海綿上顆粒易脫 落的現(xiàn)象。

2.2. 2 SA海綿SEM分析

孔洞結(jié)構(gòu)。SA溶于水中，配制成均勻溶液后經(jīng)冷凍干燥得到 海綿。由于溶液中形成均相體系，聚合物大分子間可以通過(guò) 纏結(jié)作用而形成一定的粘結(jié)力，在冷凍干燥后容易保持網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)，保證海綿成型。另外，由于溶液中的水分布均勻，低溫 冷凍時(shí)形成的冰晶較小，且容易在體系內(nèi)均勻排列，冰晶汽化 后容易形成均勻的孔洞結(jié)構(gòu)。

 

圖3 SA ( 1: 48)海綿截面的SEM圖 (a: X 500 倍 b: X 50 倍）

2. 2. 3 CM S/ SA 海綿 SEM 分析

圖4為CMS/SA復(fù)合海綿斷面的SEM圖。從圖1 CMS/

SA復(fù)合海綿的紅外光譜圖分析，兩種聚合物之間沒(méi)有產(chǎn)生相 互作用力，只是簡(jiǎn)單的物理混合，與圖2純CMS海綿斷面的 SEM照片相比，淀粉雖然仍以顆粒的形式存在，但卻被SA形 成的網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，顆粒之間被SA組分填充，沒(méi)有出現(xiàn)如純 CMS貫穿截面的大裂紋。從其成型和力學(xué)性能上看，羧甲基淀粉鈉和海藻酸鈉復(fù)合海綿的制備與表征，CMS/ SA復(fù)合體系成型性能良好，沒(méi)有裂紋和淀粉顆粒脫落的現(xiàn) 象，海綿強(qiáng)度較高。這可能是SA水溶液與CMS懸浮液混合， CMS顆粒較均勻地分散于SA溶液體系中；冷凍干燥后，SA 形成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，成為支架;CMS顆粒分散于其中，被SA包 裹，SA起到粘結(jié)淀粉顆粒的作用，使其不容易從海綿上脫落 下來(lái)。對(duì)比圖4a與4b CMS /SA / H2O體系聚合物含量越 高，形成海綿時(shí)越致密。

2. 3復(fù)合海綿的物理機(jī)械性能

從純CMS海綿的SEM(如圖2b所示）中，可以觀察到貫 穿海綿截面的大裂紋，因此導(dǎo)致海綿力學(xué)性能差;海綿從模具 取下，易斷裂并有淀粉顆粒脫落，成型性能差（如圖5a所示）。 而制備的CMS/SA復(fù)合海綿，海綿的成型性能都得到明顯的 改善（如圖5b所示）。從表1復(fù)合海綿的物理機(jī)械性能中可 以看到，隨著復(fù)合體系中聚合物含量增加，復(fù)合海綿的體積密 度和壓縮模量呈上升趨勢(shì)。 表1 CMS/SA復(fù)合海綿組成和配比對(duì)海綿成型和性能影響

樣品編號(hào)成型

性能粉末裂紋壓縮模量體積密度 /MPa / ( g/ cm3 )

SA(1: 48)好AA0. 1401 036

CMS(1: 10)差CC0. 2601 107

CMS/SA/H2〇(3:1:48)好AB0. 3601 100

CMS/SA/H2〇(3:1:60)好AB0. 2801 090

CMS/SA/H2〇(3:1:72)好AB0. 1101 072

CMS/SA/H2〇(3:1:84)好AB0. 0901 059

CMS/SA/H2〇(3:1:96)好AB0. 0401 055

注：A:無(wú);B:少量或較?。籆:較多或較大。

樣品編號(hào)復(fù)合海綿CMS/SA/H2〇(3: 1: 48)表示為原 料與水溶劑質(zhì)量比。

 

圖5(a)純CM S(1: 10)海綿成型照片.

(b)CMS/SA/H2O(3: 1: 60)復(fù)合海綿照片.

2 4復(fù)合海綿的吸水速率

通常復(fù)合海綿用作臨床止血材料，起到控制傷口出血，防 止感染的作用，因此吸水速率是衡量海綿性能的重要指標(biāo)。

我們通過(guò)海綿吸水后的接觸角的觀察來(lái)判斷海綿的吸水 速率的快慢。水滴遇到純CMS海綿后均被瞬間吸入，說(shuō)明純 CMS海綿吸水速率極快。純SA海綿吸收水滴時(shí)間為3s，接 觸角為28度。純SA具有良好的親水性，吸水速率較快。 CMS/SA復(fù)合海綿吸收水滴時(shí)間為4s，羧甲基淀粉鈉和海藻酸鈉復(fù)合海綿的制備與表征，接觸角為28度。由于 海綿內(nèi)存在大量孔洞結(jié)構(gòu)，水分容易進(jìn)入其內(nèi)部，使水與海綿 接觸的表面積大大增加。因此CMS/SA復(fù)合海綿有很快的吸 水速率。

3結(jié)論

通過(guò)SEM分析發(fā)現(xiàn)，CMS/SA復(fù)合海綿中沒(méi)有出現(xiàn) CMS海綿中的淀粉顆粒和橫穿顆粒間的大孔洞，而是顆粒被

填充到SA中形成三維的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使復(fù)合海綿成型性能好。CMS/SA復(fù)合海綿不但改變了 CMS海綿松脆易碎和淀粉顆粒易從海綿上脫落下來(lái)的的缺點(diǎn)，同時(shí)具有CMS海綿快速吸水的優(yōu)點(diǎn)。用此方法制備的復(fù)合海綿具有多孔性和吸水速率較高及機(jī)械強(qiáng)度適中等特點(diǎn)，這對(duì)于細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的傳質(zhì)和吸收傷口滲出液非常有利，是理想的醫(yī)用敷料。