摘要：人造皮膚在當(dāng)前臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的地位愈發(fā)重要，作為于大面積創(chuàng)口愈合的敷料，往往對(duì)其透濕性和力學(xué)性能有一定的要求，以維持創(chuàng)口的適度濕潤(rùn)并滿足日常伸曲、縫合等要求。通過(guò)對(duì)兩種人造皮膚材料的性能測(cè)試，簡(jiǎn)單分析了影響其透濕性和力學(xué)性能的多重因素。
關(guān)鍵詞：人造皮膚、水蒸氣透過(guò)率、力學(xué)性能

　　皮膚是人體zui大的器官，承擔(dān)著屏蔽細(xì)菌、感知冷熱、調(diào)節(jié)體溫、分泌排泄等功能，由表皮、和皮下組織三層構(gòu)成。當(dāng)外因造成皮膚的大面積損傷，如灼傷、潰瘍或急性創(chuàng)傷時(shí)，在清理創(chuàng)面防止細(xì)菌感染的同時(shí)，需盡快覆蓋皮膚創(chuàng)面以減少蛋白質(zhì)、血紅球等體液的流失。長(zhǎng)久以來(lái)，大面積皮膚缺損的覆蓋材料主要來(lái)自自體皮、同種異體皮或異種皮等，由于皮源缺乏、新創(chuàng)舊疤等因素限制患者的治療進(jìn)程。這種情況催生了能重復(fù)生產(chǎn)且*替代皮膚缺損的材料研發(fā)，即人造皮膚。

1 人造皮膚應(yīng)具備的性能

　　人造皮膚是利用組織工程學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的方法，將種子細(xì)胞與天然生物高分子材料制得的支架材料相結(jié)合構(gòu)建出的用于修復(fù)、維護(hù)、替代缺損皮膚組織的生物替代物。其作用機(jī)理首先是基于傷口愈合機(jī)理的。

　　現(xiàn)代傷口愈合理論有兩大分支：傷口干性愈合和傷口濕性愈合。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為傷口需干燥消毒，利于結(jié)痂愈合，但隨著臨床經(jīng)驗(yàn)的愈加豐富，醫(yī)護(hù)人員發(fā)現(xiàn)此種治療方法極易造成創(chuàng)面局部脫水，結(jié)痂造成傷口疼痛反而阻礙上皮細(xì)胞移行，愈合速度緩慢。于是近現(xiàn)代“濕潤(rùn)環(huán)境愈合理論”興起，即在傷口局部保持適度的濕潤(rùn)以營(yíng)造有利于傷口愈合的微酸低氧、自溶清創(chuàng)、生長(zhǎng)因子釋放環(huán)境等，這種方法具有不結(jié)痂、微創(chuàng)少痛，利于肉芽生長(zhǎng)和皮膚細(xì)胞分裂，其促進(jìn)傷口愈合的速度是傳統(tǒng)干性環(huán)境的兩倍。

　　基于“濕潤(rùn)環(huán)境愈合”機(jī)理，人造皮膚應(yīng)具備一定的保濕性能才能維持傷口的“濕潤(rùn)環(huán)境”。據(jù)王成傳等人研究，正常皮膚的水分蒸發(fā)量為18.48±5.02g/(m2·h)，普通創(chuàng)面?zhèn)?小時(shí)水分蒸發(fā)量達(dá)到40~60 g/(m2·h) [1]，雖然隨后蒸發(fā)量逐漸下降，但仍高出正常皮膚蒸發(fā)量的18.5% ~76.85%。人造皮膚作為創(chuàng)口的覆蓋材料，應(yīng)具有一定的保濕性能（亦可理解為水蒸氣透過(guò)性能）以控制皮膚的蒸發(fā)量，既不能過(guò)大造成傷口水分的大量蒸發(fā)，也不能過(guò)小導(dǎo)致傷口局部積液。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)介紹，正常皮膚的水蒸氣透過(guò)率為204g/(m2·d)，受傷皮膚為279~5138g/(m2·d)，被推薦的敷料的理想水蒸氣透過(guò)率為2500g/(m2·d)左右[2]，因此作為敷料的一種，人造皮膚的水蒸氣透過(guò)量亦可參考此標(biāo)準(zhǔn)。

　　理想的人造皮膚，除了具有一定的水蒸氣透過(guò)性，還應(yīng)具有接近正常皮膚的柔韌性，不易撕裂，以滿足日常伸曲、縫合的要求，通常采用斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行表征。斷裂強(qiáng)度，是指材料發(fā)生拉斷時(shí)的應(yīng)力值與截面積的比值，單位為MPa。斷裂伸長(zhǎng)率則用來(lái)評(píng)價(jià)材料在拉斷時(shí)的位移值與原長(zhǎng)的比值。接下來(lái)將對(duì)兩種不同的人造皮膚進(jìn)行水蒸氣透過(guò)性能和力學(xué)性能的測(cè)試，從而了解當(dāng)前人造皮膚的性能情況。

2 人造皮膚的性能測(cè)試

2.1水蒸氣透過(guò)性能測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)

　　參考標(biāo)準(zhǔn)：GB 1037；試驗(yàn)設(shè)備：W3/030水蒸氣透過(guò)率測(cè)試儀

　　試驗(yàn)方法：于浸泡液中取出人造皮膚試樣，如圖1，使之在平整狀態(tài)下晾至微干后裁取直徑為74mm的圓片。因試樣較軟，在注入蒸餾水的透濕杯中放置支撐架，再置入試樣，密封透濕杯蓋。將透濕杯平穩(wěn)的移入儀器內(nèi)部。設(shè)備自動(dòng)將試樣兩側(cè)的濕度差控制的90%RH，試驗(yàn)溫度為38℃。水蒸氣在濕度差的作用下，從透濕杯中高濕一側(cè)（即接近杯中水面一側(cè)）透過(guò)試樣進(jìn)入干燥的一側(cè)，通過(guò)測(cè)試透濕杯的重量隨時(shí)間的變化計(jì)算出人造皮膚試樣的水蒸氣透過(guò)率。本次試驗(yàn)對(duì)象為兩種不同的人造皮膚，分別命名為1#、2#，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

 圖1. 人造皮膚（未從袋中取出）

表1. 人造皮膚水蒸氣透過(guò)率測(cè)試結(jié)果

2.2 斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)

　　參考標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 1040.1-2006、GB/T 1040.3-2006;

　　試驗(yàn)設(shè)備：XLW(PC)智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)

　　
　　試驗(yàn)方法：于浸泡液中取出人造皮膚試樣，使之在平整狀態(tài)下晾至微干后裁取至少5個(gè)寬15mm，長(zhǎng)度不小于150mm的長(zhǎng)條試樣，見(jiàn)圖2。試樣中部應(yīng)有標(biāo)距為50mm的兩條平行線。將單個(gè)試樣裝夾在試驗(yàn)機(jī)的上下夾頭間，試樣縱軸與上、下夾具中心連線相重合，并且要松緊適宜，以防止試樣滑脫和斷裂在夾具內(nèi)。設(shè)定拉伸速度50mm/min，開(kāi)始試驗(yàn)。試樣拉斷后，系統(tǒng)自動(dòng)顯示試樣的拉斷力和斷裂伸長(zhǎng)率，由此計(jì)算出試樣的斷裂強(qiáng)度。本次試驗(yàn)對(duì)象同水蒸氣透過(guò)性能測(cè)試試樣，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

圖2. 長(zhǎng)條試樣示意圖

表2. 人造皮膚斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)試結(jié)果

3 人造皮膚的性能研究

　　水蒸氣透過(guò)性能測(cè)試中，1#試樣與2#的水蒸氣透過(guò)率相差較大，相較上文中理想的敷料水蒸氣透過(guò)率2500g/(m2·d)分別降低23.83%和高出44.54%，相對(duì)而言，1#的透濕性能更為合理。斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)試中，兩種材料的測(cè)試結(jié)果相差不大。

　　近年來(lái)，日益迫切的皮膚修復(fù)與重建的需求促使人造皮膚的研發(fā)呈多樣化和實(shí)用化的趨勢(shì)，而天然生物高分子材料，如絲素、殼聚糖、明膠等材料制得的單一膜或共混膜也成為皮膚修復(fù)的理想材料。絲素蛋白是從蠶絲中提取的天然高分子纖維蛋白，具有優(yōu)良的機(jī)械性能和*的保濕性、生物相容性，經(jīng)流延法制得的再生絲素膜透明度佳，應(yīng)用于創(chuàng)面能保持一定的濕度，即可防止細(xì)胞脫水，又不致膜下積液。然而在研制過(guò)程中，純絲素膜在厚度和強(qiáng)度方面難以達(dá)到生物醫(yī)學(xué)材料所要求的統(tǒng)一，且易碎易溶，限制了其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。因此在純絲素膜中加入殼聚糖或明膠等生物材料以及交聯(lián)劑，經(jīng)不同成膜工藝制成共混膜，以取長(zhǎng)補(bǔ)短，能有效解決這一問(wèn)題。

　　共混膜的制備工藝相對(duì)復(fù)雜，以絲素/明膠共混膜為例，通常包括絲素明膠溶液混合——添加交聯(lián)劑——烘干制膜或自然干燥制膜——不溶化處理四個(gè)基本工序，部分研制過(guò)程中還會(huì)加入致孔劑等其他助劑。因此，多重因素影響著共混膜的物理性能，包括水蒸氣透過(guò)性能和力學(xué)性能。

　　起初，純絲素膜的表面結(jié)構(gòu)是均勻細(xì)密的，與其他材料共混交聯(lián)形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，經(jīng)乙醇不溶性處理后，大量易溶于水的物質(zhì)剔除，膜表面呈現(xiàn)一種凹凸不平的微孔形態(tài)，為水蒸氣的透過(guò)構(gòu)建了通道。在這一過(guò)程中，向共混膜中添加致孔劑，能在一定程度上增加微孔的大小和數(shù)量，促進(jìn)了水蒸氣的透過(guò)。其次，共混材料和絲素的比例及其自身的溶脹程度與共混膜的水蒸氣透過(guò)率密切相關(guān)。在馬芳的研究中，絲素/明膠膜的水蒸氣透過(guò)率隨著明膠比例的增加出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)[3]，一方面由于明膠遇水后發(fā)生溶脹，降低了微孔的水蒸氣通透性，使得共混膜整體的水蒸氣透過(guò)率下降；另一方面，乙醇的不溶性處理也會(huì)使共混膜的結(jié)晶度提高，從而影響水蒸氣透過(guò)性能。在同一的進(jìn)程中，共混膜的力學(xué)強(qiáng)度也較純絲素膜發(fā)生了變化。交聯(lián)劑的使用會(huì)促進(jìn)蛋白質(zhì)分子在短時(shí)間內(nèi)緊密結(jié)合形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，使共混膜的力學(xué)性能，尤其是斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到。但若繼續(xù)進(jìn)行乙醇不溶化處理，會(huì)導(dǎo)致共混膜中β—折疊結(jié)構(gòu)的增加，而這種結(jié)構(gòu)會(huì)促使蛋白膜的質(zhì)地變脆，進(jìn)而弱化共混膜的力學(xué)性能。

　　上述重點(diǎn)針對(duì)絲素/明膠共混膜的物理性能及其影響因素進(jìn)行了分析，其結(jié)果對(duì)于其他人造皮膚材料如絲素/殼聚糖共混膜有一定的參考性，當(dāng)然，不同共混膜的成膜工藝千差萬(wàn)別，其水蒸氣透過(guò)性和力學(xué)性能也呈現(xiàn)多樣性，需要通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究分析。

4、結(jié)語(yǔ)

　　人造皮膚在當(dāng)前臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的地位愈發(fā)重要，作為于大面積創(chuàng)口愈合的敷料，往往對(duì)其透濕性和力學(xué)性能有一定的要求，以維持創(chuàng)口的適度濕潤(rùn)并滿足日常伸曲、縫合等要求。因此，專(zhuān)業(yè)人員要在充分研究人造皮膚材料的透濕性能和力學(xué)性能影響因素的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際需要對(duì)其性能進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)一步提高人造皮膚對(duì)各類(lèi)創(chuàng)口的愈合效果。

參考文獻(xiàn)：

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