微流纺海藻酸盐基纤维敷料的制备及其性能

海藻酸是从天然海藻中提取的一种线性多糖生物高分子聚合物，由β-D-甘露糖醛酸(M单元)和α-L-古罗糖醛酸(G单元)通过1，4-糖苷键连接而成的嵌段聚合物[1]。海藻酸因其高生物相容性，无毒性及成凝胶性，被广泛应用于伤口医用敷料[2]、药物释放[3]及组织工程[4-5]等领域。海藻酸大分子链结构中的G单元可与Ca2+交联形成特殊的蛋盒结构[6]，相交联的钙离子可与钠、钾离子发生交换[7]形成水溶性的藻酸盐。海藻酸钙纤维敷料用于创面治疗，可通过离子交换由不溶性海藻酸钙转变成水溶性海藻酸钠，吸收大量液体后呈凝胶状态，使伤口保持相对安全润湿的环境[8]，加速伤口愈合。

目前国内研究主要集中于传统湿法纺丝海藻酸盐纤维的制备技术[1]及其性能表征[9]，探索不同湿法纺丝工艺对海藻酸盐纤维力学性能、微观结构和吸湿性能的影响。国外有报道以海藻酸为原料，通过微流纺或者3D打印技术，制备药物微胶囊[10]、组织支架[11]或医用敷料[12]，并对其药物缓释性能和病理学进行研究。

纯海藻酸盐纤维敷料力学性能较差，降解过快。如何控制海藻酸盐纤维的降解速率和力学性能及开发新型藻酸盐纤维仍在探索中。本文在前期研究[7,13]的基础上，以海藻酸为原料，加入一些无机材料，通过自制微流纺设备纺制新型海藻酸盐复合纤维敷料。微流纺技术是一种纺丝技术，可纺制微米级材料，通过控制流体的成型等而用于制备纤维材料的一项技术，且纺制过程中涉及到流体学。

1 实验部分

1.1 实验材料

海藻酸钠(180947-100G，西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司)；羟基磷灰石(C10068615，上海麦克林生化科技有限公司)；二氧化硅(C10055745，上海麦克林生化科技有限公司)；氯化钙(AR500ML，上海凌峰化学试剂有限公司)，胰蛋白酶(质量分数为0.25%)、细胞培养液(美国Gibco公司)；磷酸盐缓冲液PBS(Hyclone-SH30256，国药集团化学试剂有限公司)；噻唑蓝(MTT)、二甲基亚砜(DMSO)(美国Thermo Fisher公司)；人成纤维皮肤细胞和角质化细胞(美国模式培养物集存库)。

1.2 实验仪器

S-4800型扫描电子显微镜(日本日立集团)；XQ-1C型高强高模纤维强伸度仪(上海新纤仪器公司)；D/max-2550VB+/PC型18 kW转靶X射线衍射仪(日本Rigaku株式会社)；Nicolet 6700型红外光谱仪、Synergy H1型酶标仪(美国Thermo Fisher公司)；Prodigy型电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP，美国Leeman公司)；LEICA DMi1型倒置显微镜(德国LEICA公司)。

1.3 海藻酸盐基纤维敷料制备方法

将海藻酸钠(SA)高分子原料溶于去离子水(DW)中，配制质量分数为4%的海藻酸钠溶液3份，标记为A、B、C。往A溶液中加入0.1 mg粒径为(50±5)nm的二氧化硅纳米颗粒(SiO2)，B溶液中加入0.1 mg粒径为(55±5)nm的羟基磷灰石纳米颗粒(HAP)。将已配制海藻酸钠溶液A、B、C分别作为芯层溶液，皮层溶液均为质量分数为3%的氯化钙溶液，通过自制微流纺丝设备[13]纺制3种类型海藻酸盐基纤维敷料，其成分如表1所示。

继续盘问制度是法律及行政法规赋予公安机关人民警察现场处置的权力，针对现场无法判明真实情况的情形，人民警察可以适用该制度，为了正确适用该制度本文对其进行如下分析。

表1 3种纤维芯-鞘流成分 Tab.1 Core-sheath compositions of three kinds of fiber

样品名称 芯流 鞘流SA海藻酸盐SA/HAP海藻酸盐/羟基磷灰石CaCl2SA/SiO2海藻酸盐/二氧化硅

1.4 测试方法

室温下将3种纤维敷料分别浸渍在磷酸盐缓冲液中，在固定时间间隔内取出样品，用滤纸充分吸除纤维表面多余水分，称其质量变化。用质量变化率来表示纤维溶胀性能，其计算公式为

我院处方为电子打印处方，避免了传统纸质处方因书写潦草、字迹难认给药师审核调配带来的困难，也减少了处方前记、正文、后记内容缺项及书写不规范的情况，但处方用药的合理性问题依然存在。

常言道：“兴趣是最好的教师。”学生只要有学习兴趣，那么学生的学习主动性就会随着学习兴趣的高涨而提升，所以教师必须要改变传统教学中学生没有学习兴趣的现象。教师可以将语文教学内容与实际相结合，以此来为学生创设生动的教学情境，让学生通过生活情境激发学习兴趣，进而提升学生的学习主动性。

首先使用目测法对海藻酸盐纤维敷料的外观形态进行感官评价，然后采用扫描电子显微镜(SEM)对纤维表面形态进一步观察。

1.4.2 纤维化学结构表征

式中：m0为未浸渍前质量，g；m1为降解后质量，g。

1.4.3 钙-钠元素含量测定

细胞增殖实验。取3种类型海藻酸盐纤维各50 mg分别浸渍在50 mL细胞培养液中，放置在恒温箱中孵化5 d，将所配制的纤维浸提液取出过滤后备用。

1.4.4 体外生物矿化测试

“我们医院的MDT思维是很难直接复制到其他医院的”，孙湛说，开展MDT旨在让患者接受更合理的诊疗，一是不耽误患者有效诊疗时间，二是尽可能减少经济开支，“节约了开支就是切掉了诊疗过程中的‘蛋糕’，这个问题对某些医院而言比较难接受。”孙湛坦言，“为了解决院内有限人力资源的高效调配，我们引入了精实管理和流程再造两大概念。”

将海藻酸盐纤维敷料浸渍在模拟体液(SBF)中，30 d后取出纤维，用去离子水冲洗，充分去除纤维表面多余矿物质，并用SEM对纤维表面进行观察，并采用X射线衍射仪(XRD)对其进行测试分析。

1.4.5 生物毒性评价

依据JY/T 015—1996《感耦等离子体原子发射光谱方法通则》，采用电感耦合等离子体发射光谱仪测试海藻酸盐基纤维敷料中钙-钠元素含量。

为进一步证明二氧化硅和羟基磷灰石颗粒的加入阻碍了纤维中Ca2+与溶液中Na+的交换，减缓纤维降解速率，延长降解时间，故对纤维中钙-钠元素含量进行测定分析。表2、3分别示出3种纤维敷料中钠元素和钙元素含量。可知，纤维中钠元素含量与纤维降解及溶胀速率呈正相关关系，而钙元素含量与降解及溶胀速率呈反相关关系。整个降解过程中，纯海藻酸盐纤维中钠元素含量最高，钙元素含量最低，说明该纤维中钙-钠离子交换度最大，导致其呈现最大吸湿溶胀度和降解度。反之，海藻酸/羟基磷灰石复合纤维呈现最小钠含量及最大钙含量，对应于其最小溶胀度及降解度。

Section 5: Optimization procedure for the microsphere imaging

海藻酸盐纤维敷料作为医用卫生材料，对细胞毒性的评价极其重要。本文采用人体皮肤成纤细胞和角质化细胞为研究对象，通过观察细胞增殖和迁移情况，来评判材料生物毒性。图4示出人体皮肤成纤细胞相对增长率。

细胞迁移实验。将人体皮肤成纤细胞和角质化细胞按照浓度1×106个/孔接种到3 cm培养板中，于温度为37 ℃，体积分数为5% CO2的培养箱中培养。待细胞长满90%后，用20 μL规格的吸液管分别在培养板中划痕，并用移液枪吸去培养板中的细胞完全培养基，然后往培养板中加入3 mL浸提液，空白对照组加入等体积细胞完全培养基。在固定时间间隔内，取出培养板，用倒置显微镜观察细胞迁移情况。

1.4.6 纤维溶胀性能与降解性能表征

1.4.1 纤维表面形态表征

S=[(ms-mi)/mi]×100%

式中：ms为溶胀后质量，g；mi为溶胀前质量，g。

在相同处理条件下，在固定时间间隔内取出样品，充分脱水干燥，称其质量变化。用质量损失率来表示纤维降解性能，其计算公式为

F=[(m0-m1)/m0]×100%

采用红外光谱仪对海藻酸盐纤维的红外官能团进行分析。其测试光谱范围为4 000～600 cm-1，反射模式，并用衰减全反射光谱法对材料的化学成分进行表征。

坚持服务生产经营不偏离，把提高企业效益、增强企业竞争实力、实现国有资产保值增值作为企业党组织工作的出发点和落脚点，以企业改革发展成果检验党组织的工作成效。

1.4.7 力学性能测试

在温度为20 ℃，相对湿度为65%条件下，采用高强高模纤维强伸度仪对藻酸盐基纤维敷料力学性能进行测试，拉伸隔距为10 mm，预加张力为0.5 cN，拉伸速度为20 mm/min。

1.以联取体结构为主。他们常以一种起落分明相对独立的句子段作为基本单位结构，然后又以不同数量的句子段结构完成特定的段落。一个段落即是一只曲，并有各自的曲名；2.以散板式节奏为主。大多听歌速度较自由，节奏、节拍具有非周期性和散板陈述的特征；3.旋律风格和唱法多样性。多数田歌的曲调，都与各地方言声调相结合得很紧，演唱中具有一定的即兴性和吟诵性特点。”[4]

2 结果与讨论

2.1 纤维表观形貌分析

采用扫描电子显微镜对纺制的3种纤维敷料表面形态进行观测，结果如图1所示。海藻酸盐纤维敷料表面较光滑，并无颗粒及孔隙结构，而海藻酸/羟基磷灰石和海藻酸/二氧化硅复合纤维表面呈现许多圆形颗粒，经放大观察发现纤维表面存在许多孔隙结构，且嵌入的纳米羟基磷灰石和二氧化硅颗粒都均匀地覆盖在纤维表面，可对纤维吸湿溶胀、降解性能及力学性能产生一定影响。

图1 海藻酸盐基纤维敷料的扫描电镜照片(×200) Fig.1 SEM images of alginate-based fibrous dressings(×200)

2.2 纤维化学结构分析

图2示出3种纤维红外光谱图。可知3种纤维红外吸收带相差不大，无新官能团产生。在3 390 cm-1附近的峰对应于O—H伸缩振动峰,而1 613 cm-1和1 416 cm-1处分别是不对称和对称伸缩振动引起的波峰。表明无机颗粒的添加未产生新的官能团。

图2 纤维敷料的红外光谱图 Fig.2 FT-IR spectra of fibrous dressings

2.3 钙-钠元素含量分析

分别将人体皮肤成纤细胞和角质化细胞按浓度5 000个/孔加入到96孔板中，在温度为37 ℃，体积分数为5%的CO2培养箱中培养12 h。在培养后的2种细胞的96孔板中每孔加入100 μL纤维浸提液，空白组加入等体积细胞完全培养基。然后分别在第1、3、5天取出96孔板，并往孔板中加入10 μL MTT继续培养3.5 h，然后取出孔板并用移液枪吸去孔内液体，并在每孔加入100 μL DMSO用于测试，其中测试吸光度为490 nm[14-15]。 然后根据下式计算细胞的相对增殖率：

2.4 体外生物矿化研究分析

图3示出海藻酸/二氧化硅和海藻酸/羟基磷灰石复合纤维敷料的矿物沉积图。由图1中3种纤维SEM照片可知，海藻酸/二氧化硅及海藻酸/羟基磷灰石复合纤维敷料表面呈现许多圆形晶体，这是因为二氧化硅的加入，形成的带正电荷硅酸钙和模拟体液中负电荷磷酸根相互作用，最终形成羟基磷灰石沉积在纤维表面。从图中纤维的XRD图谱可知，X衍射峰对应于羟基磷灰石所属标准卡片JCPDS # 09-0432。

表2 纤维敷料中钠元素含量 Tab.2 Na content in fibrous dressings

样品名称不同降解时间后的钠元素含量/%0d2d4d6d8d10d15d20d25d30dSA3.5411.7511.9512.4512.6512.9113.3813.3813.5413.66SA/HAP4.548.699.429.8410.3510.6810.6310.8410.9411.06SA/SiO24.6510.289.9010.4310.8210.9811.1011.5911.9312.06

表3 纤维敷料中钙元素含量 Tab.3 Ca content in fibrous dressings

样品名称不同降解时间后的钙元素含量/%0d2d4d6d8d10d15d20d25d30dSA121.8980.6363.1760.4659.0358.8958.3457.9057.4055.48SA/HAP149.83146.89146.42145.90145.59145.27145.32144.67144.68139.63SA/SiO2138.37116.46113.23109.30107.70105.26104.48103.25102.65100.78

图3 矿物沉积的XRD图谱 Fig.3 XRD patterns of mineral deposit of fibrous dressings

2.5 细胞毒性分析

式中：As为样品吸光度；Av为空白组吸光度。

图4 纤维敷料浸提液处理的人体皮肤成纤维细胞相对增长率 Fig.4 Relative growth rate of fibroblasts treated with fibrous dressings extracted medium

图5示出角质化细胞相对增长率。从图可知，实验组OD490均大于空白对照组(编号为CT)，即人体皮肤细胞经实验组浸提液处理后的细胞存活率大于对照组。海藻酸、海藻酸/二氧化硅和海藻酸/羟基磷灰石纤维敷料所对应的成纤细胞和角质化细胞相对增长率均大于75%,根据细胞毒性评级标准[14-15]可证明材料无生物毒性。

图5 纤维敷料浸提液处理的人体皮肤 角质化细胞相对增长率 Fig.5 Relative growth rate of keratinocytes treated with fibrous dressings extracted medium

体外人工模拟划痕刮伤实验用于表征材料对皮肤细胞迁移性能影响，进一步评价纤维敷料的细胞毒性。成纤细胞和角质化细胞迁移实验结果分别如图6、7所示。

图6 经SA, SA/HAP和SA/SiO2处理过的成纤维细胞划痕区域的迁移结果 Fig.6 Fibroblast migration in scratched fibroblast free area after treated with SA, SA/HAP and SA/SiO2 extracted medium incubated for 1, 3 and 5 d

图7 经SA, SA/HAP和SA/SiO2处理过的角质化细胞划痕区的迁移结果 Fig.7 Keratinocyte migration in scratched keratinocyte free area after treated with SA, SA/HAP and SA/SiO2 extracted medium incubated for 1, 3 and 5 d

由图6可知，经3种纤维敷料浸提液处理过的成纤细胞刮伤划痕，24 h 后长满90%，48 h后基本全部长满。图7显示，纤维敷料浸提液处理的角质化细胞刮伤划痕区48 h后长满70%，72 h后长满90%。实验组人体皮肤成纤细胞及角质化细胞迁移速率和空白对照组相同，由此可知，本文纺制的海藻酸盐基纤维敷料对皮肤细胞无细胞毒性。

式中：PGi(t)和QGi(t)分别为时段t节点i处发电机的有功和无功出力；Ui(t)和Uj(t)分别是节点i和节点j处的电压幅值；PLi(t)和QLi(t)分别为节点i处t时段的常规有功和无功负荷；Gij和Bij分别是节点导纳矩阵的实部和虚部；θij为支路ij在t时段的相角差；PEVi(t)表示t时段节点i处的电动汽车集群整体充电负荷。

2.6 溶胀性能与降解性能分析

图8示出3种纤维敷料的溶胀度及降解度。

在河道疏浚整治中，苏州市始终按照“两清一建”的标准，把农村河道疏浚与土地复垦、道路建设、环境整治和植树造林有机结合起来，做到疏一条河道，复垦一块土地，增加一片林地。为确保整治质量和进度，坚持“试点先行,以点带面,点面结合,整体推进”的方针，采取行政手段、经济制约、技术措施，通过召开现场会的形式，把村庄河道疏浚整治搞成典型工程，推动疏浚整治工作顺利实施。同时，把河道疏浚整治工作作为考核基层干部工作目标任务的主要内容之一，把河道疏浚工作作为全市水利土方任务建设的重中之重，加强检查考核。

图8 纤维敷料的溶胀度和降解度 Fig.8 Swelling behavior (a) and degradation performance (b) of fibrous dressings

由图可知，纯海藻酸盐纤维比海藻酸/二氧化硅及海藻酸/羟基磷灰石复合纤维呈现出较大的溶胀性能、较快的降解速率。海藻酸盐纤维中含有大量的—OH和—COOH，其浸渍在磷酸盐缓冲液中时，纤维大分子链中β-D-甘露糖醛酸(M)基团吸收大量水分，当达到其饱和状态时，纤维发生部分降解；此时α-L-古罗糖醛酸(G)大分子基团蛋盒结构中与—COOH交联的Ca2+和溶液中的Na+发生离子交换，吸收更多水分，最终导致“蛋盒”破裂，大量水分子进入到大分子链中，纤维发生降解[7]，因此，其降解速率较大。海藻酸/羟基磷灰石复合纤维呈现较低的溶胀和降解性能，这是因为加入的羟基磷灰石颗粒覆盖在纤维表面，阻碍了水分子浸入内部，使纤维溶胀性能变差，从而降低纤维降解速率。海藻酸/二氧化硅复合纤维中加入的二氧化硅和溶液中的Ca2+形成硅酸钙盐。当纤维浸渍在磷酸盐缓冲液中，带正电荷的硅酸钙和带负电荷的磷酸离子相互作用，最终以磷灰石沉淀沉积在纤维表面，从而降低纤维溶胀及降解性能。

1.3 统计学分析 应用SPSS 11.0版统计分析软件进行数据分析，计量资料采用t检验或方差分析，计数资料采用χ2检验。

2.7 力学性能分析

纤维初始断裂伸长率及断裂应力如表4所示。可看到：纯海藻酸盐纤维断裂应力最小，断裂伸长率最大，而含有无机纳米颗粒的纤维呈现出较大的断裂应力及较小断裂伸长。纳米颗粒的加入，可减少纤维弱节点，同时增加纤维刚度。另外，纤维力学性能随降解时间的延长而逐渐下降，3种纤维敷料的断裂伸长率和断裂应力均随着时间增加而减弱，且纤维降解速率越快，断裂伸长率和断裂应力损耗越大。海藻酸/二氧化硅及海藻酸/羟基磷灰石复合纤维在降解过程中有羟基磷灰石沉积在纤维表面，使降解速率减小，纤维刚度增强，最终导致纤维呈现较大断裂应力和较小断裂伸长率。

表4 3种纤维敷料的断裂伸长率和断裂应力 Tab.4 Elongation at break and breaking stress of fibrous dressings

样品名称断裂伸长率/%断裂应力/MPaSA131.0730.0SA/HAP77.8854.4SA/SiO299.9547.4

3 结 论

与纯海藻酸盐纤维敷料相比，海藻酸盐/羟基磷灰石复合纤维敷料及海藻酸盐/二氧化硅复合纤维敷料的降解度下降20%左右，断裂应力约增加18%。由此可知，芯层流中加入纳米二氧化硅和羟基磷灰石颗粒可降低材料降解速率，延缓材料降解周期，改善其力学性能。另外，无机纳米颗粒的嵌入使得纤维敷料表面呈现孔隙结构，有益于营养物质的运输及组织再生长。由人体皮肤成纤维细胞和角质化细胞增殖及细胞迁移实验结果可看出，皮肤细胞在纤维敷料浸提液中可维持正常活性如增殖、迁移等，即本文纺制的海藻酸盐基纤维敷料无细胞毒性。

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