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摘要：通过对氧化石墨烯改性聚乙烯醇海绵和普通聚乙烯醇海绵进行保水性研究，结果表明：前者中央部分柔软含有水，后者坚硬不含水。而回弹性研究表明：前者抽负压后遇水20秒可以恢复弹性，后者抽负压后遇水40秒才恢复弹性，前者比后者快20秒。进行撕裂性能的研究：前者的撕裂强度为160，后者的撕裂强度为142，前者韧性更好。对海绵孔径显微镜观察，前者比后者的单位面积孔隙更多，层次也更多。对海绵的抑菌圈实验表明，氧化石墨烯改性聚乙烯醇海绵较普通聚乙烯醇海绵和利凡诺，庆大霉素和呋喃西林的抑菌效果更明显，针对大肠杆菌，金黄色葡萄球菌，绿脓杆菌的抑菌圈直径分别为0.5～0.6cm，1.8～2.0cm，0.6～0.8cm。在临床双盲实验中，30例骨质疏松性骨折患者，随机分组，各15例，采用双盲法给与氧化石墨烯改性聚乙烯醇海绵和普通聚乙烯醇医用海绵用于创面，前者肉芽组织生长评分为2.07+0.521，后者为1.80+0.484，前者优于后者。
关键词：石墨烯改性聚乙烯醇海绵;负压封闭引流技术;保水性;回弹性;撕裂性能;抑菌效果;临床试验
1.引言
创面治疗的负压封闭引流技术，是一种创面修复方式：通过将医用海绵覆盖于创面，并用半透膜进行密封，同时连接负压动力源，使局部处于负压环境，从而可以将创面的坏死组织和渗透液通过引流管排出体外，为创面修复和后期恢复创造良好生长环境。由于聚乙烯醇海绵具有良好的生物相容性和亲水性和机械强度[1]，对人体无害，对皮肤无刺激性，所以被广泛的用于通常用作负压封闭引流技术的医用海绵。一般来说，在临床使用的过程中，一张海绵与创面接触的时间可以长达7天，但结果显示：在抽吸3-7天后，聚乙烯醇海绵会发生不同程度地变干的情况，保水性显著下降的情况。因此对聚乙烯醇海绵进行抑菌，保水性和保湿方面以及机械强度的改性，有着迫切的需求。
本实验制备了氧化石墨烯海绵，并且对其保水性能，回弹性能，抑菌性能做了研究，同时通过对临床使用反馈进行了统计分析，结果表明氧化石墨烯海绵在以上性能上都优于普通的聚乙烯醇海绵，能够有效解决临床使用上的问题。
2.实验部分
1.1材料与仪器
2.1.1 试剂
聚乙烯醇（PVA，平均聚合度为2488，日本可乐立），石墨烯（郑州富乐化工），甲酸（国药集团化学试剂有限公司），硫酸（国药集团化学试剂有限公司），山梨酯（国药集团化学试剂有限公司 ），甲醛（ 国药集团化学试剂有限公司），戊二醛（ 国药集团化学试剂有限公司），预混营养琼脂平板（青岛日水生物技术有限公司），预混玫瑰红钠琼脂（青岛日水生物技术有限公司），利凡诺（江苏恒大生物科技有限公司），庆大霉素（郑州海壹化工产品有限公司），和呋喃西林（亮峰卫生用品有限公司），金黄色葡萄球菌（武汉大学菌种保藏中心），绿脓杆菌（武汉大学菌株保藏中心），大肠杆菌菌株（武汉大学菌株保藏中心）
2.1.2 仪器与设备
反应釜（定制），辐照设备（中金辐照武汉有限公司），真空冷冻干燥机（上海拓纷机械设备有限公司）
保水性能测试：负压吸引机（武汉凯信医疗设备有限公司）
回弹性能测试：负压吸引机（武汉凯信医疗设备有限公司）
撕裂性能测试：拉力测试机（苏州拓博机械设备有限公司）
抑菌圈测试：超净工作台（苏州净化设备有限公司）
2.2氧化石墨烯改性聚乙烯醇海绵的制备方法
将聚乙烯醇溶于水中，得到聚乙烯醇溶液，然后加入氧化石墨烯，再依次加入发泡剂山梨酯，催化剂硫酸和交联剂甲醛，并在温度为55-95摄氏度条件下固化形成氧化石墨烯改性海绵，然后利用蒸馏水清洗到pH=6.8～7.3，切割成15×10×1cm规格，25kgy剂量辐照灭菌处理，保存。其中各成分含量为氧化石墨烯氧化石墨烯0.78g/L，聚乙烯醇聚乙烯醇96.19g/L，发泡剂山梨酯5g/L，交联剂甲醛150g/L，催化剂硫酸110g/L。
2.3 性能检测方法
2.3.1 保水性能测试：
将切割好的规格为15×10cm，厚度为1厘米的海绵吸收50ml蒸馏水后，利用负压吸引机在200mmhg负压下进行临床模拟抽吸实验，72小时后，观察海绵状态。
2.3.2 回弹性能测试：
将海绵用負压吸引机（负压值设置在0.06MPa）抽吸72小时，观察海绵经负压抽吸后的变干状态，并同时记录海绵吸水恢复状态和恢复所需时间。
2.3.3 撕裂性能测试：
将海绵利用拉力测试机进行拉力测试，测定撕裂强度，测试标准为GB/T6344-2008/ISO 1798：2008。
2.3.4 海绵孔径显微观察：利用普通光学显微镜的10倍物镜放大镜观察海绵的三维结构，比较孔径等微观细节。
2.3.5抑菌性能测试：
将三种抗生素（利凡诺，庆大霉素和呋喃西林）按稀释倍率1×，1/5×，1/20×三个浓度制备，然后将1×1cm无菌纱布浸入至对应抗生素相应浓度，取出3张1×1cm浸润纱布（不滴水）加盖一层无菌干沙布。
取金黄色葡萄球菌，绿脓杆菌，大肠杆菌菌株分别接种到固体培养基上，置于温箱中37摄氏度培养24小时，用接种环挑单菌落到2ml生理盐水试管中制备菌悬液。取100ul菌悬液均匀徒步与培养基，放置约30min后，放入处理好的纱布（3层浸润抗生素纱布+1层无菌纱布），置于温箱中37摄氏度培养24小时，观察模块周围细菌生长。
将海绵切成直径1×1cm大小模块。取金黄色葡萄球菌，绿脓杆菌，大肠杆菌菌株分别接种到固体培养基上，置于温箱中37摄氏度培养24小时，用接种环挑单菌到2ml生理盐水试管中制备菌悬液。取100ul菌悬液均匀涂布于培养基，放置约30分钟后，放入消毒的材料模块各10块，置于温箱中37摄氏度培养24小时，观察模块中周围细菌生长。 2.4 临床测试：
30例骨质疏松性骨折患者，随机分组，即实验组和对照组，各15例，采用双盲法分别给与氧化石墨烯改性海绵和普通聚乙烯醇医用海绵用于创面。两组性别，年龄情况相当。
将海绵置于创面表层，覆盖整个创面，实验组和对照组均采用相同的负压0.06MPa进行抽吸，一周后观察创面肉芽生长情况。
统计学分析：用SPSS19.0软件进行统计学分析，数据以（X+S）表示，采用t检验，以（P<0.05）为差异有统计学意义。
3.实验结果
3.1 保水性能测试结果
组别 状态 结论
A：聚乙烯醇海绵 完全抽吸干，海绵手感坚硬如石块 保水性能差
B：氧化石墨烯聚乙烯醇改性海绵 海绵四个角干透，中间部分未干透，柔软 保水性能良好
3.2 回弹性能测试结果
组别 状态 吸水基本恢复时间（s） 结论
A：聚乙烯醇海绵 撤去负压后，海绵变薄，完全干硬，5分钟后未完全恢复 40 回弹性能一般
B：氧化石墨烯改性聚乙烯醇海绵 撤去负压后，海绵略变薄，四角变干硬，其余部位柔软 20 回弹性能良好
3.3 撕裂性能测试结果
组别 断裂伸长率 结论
A：聚乙烯醇海绵 142 断裂伸长率值低，较容易撕裂。
B：氧化石墨烯改性聚乙烯醇海绵 160 断裂伸长率值高，更不容易撕裂。
3.4 海绵显微观察
普通聚乙烯醇海绵氧化石墨烯聚乙烯醇改性海绵在10倍物镜放大镜下观察，可以看出氧化石墨烯聚乙烯醇改性海绵的单位面积孔隙更多，层次也更多，间接的可以锁住水分，使海绵的保水性更好。
3.5 抑菌性能测试
3.6 临床测试
一周后，实验组在创面表面均生长出新鲜的肉芽组织，而观察对照发现，部分较严重创面肉芽组织较难观测到。
A：聚乙烯醇海绵 15 2.07+0.521
B：氧化石墨烯聚乙烯醇改性海绵 15 1.80+0.484
4.讨论
4.1本研究，通过利用氧化石墨烯改性的聚乙烯醇海绵理化性能：不只是在保水性，回弹性能，以及断裂伸长率，还是泡沫孔隙的三维结构都优于普通的聚乙烯醇海绵，这些理化性能提升，直接提高了氧化石墨烯改性的聚乙烯醇海绵在临床使用过程中的反馈评价。尤其是用负压吸引机（负压值设置在0.06MPa）抽吸并利用半透膜密封的湿态海绵时，改性海绵不易碎，不掉渣，柔韧性好，并且海绵的失水状态，孔隙结构压迫状态，都优于普通的聚乙烯醇海绵，间接使伤口的肉芽生长状态变好。
4.2利用氧化石墨烯改性的聚乙烯醇海绵抑菌能力的提升十分明显，显著优于普通的聚乙烯醇海绵，能更有效的杀灭肉芽组織上的细菌，促进肉芽组织生长。
4.3 统计分析临床的双盲实验，也直接证明了利用氧化石墨烯改性的聚乙烯醇海绵对伤口的肉芽生长的积极作用较普通海绵优异。
参考文献：
[1]孙瑞焕，毛立江，胡元洁，等.离子型聚乙烯醇海绵的结构及性能[J].中国康复理论与实践，2000，6（2）：56-58.
[2]何瑞华，张传杰，赵瑾朝，等.柔性海藻酸钙海绵伤口辅料的制备与性能[J].功能材料，2013，11（44）：1574-1578.
[3]林志丹，张秀菊，宋英，等.壳聚糖改性缩醛化聚乙烯醇海绵的性能[J].暨南大学学报自然科学板，2007，28（3）：283-287.
[4]肖玲，万冬，李洁，等.聚乙烯醇-壳聚糖-明胶不对称海绵的制备及其性能[J].武汉大学学报理学版，2005，51（4）：443-447.
[5]郑信民，王怡轸，朱仁佑，等.石墨烯-聚乙烯醇奈米复合材料之制程与机械性质[J]，材料科学，2015，5：103-110.
关键词：石墨烯改性聚乙烯醇海绵;负压封闭引流技术;保水性;回弹性;撕裂性能;抑菌效果;临床试验
1.引言
创面治疗的负压封闭引流技术，是一种创面修复方式：通过将医用海绵覆盖于创面，并用半透膜进行密封，同时连接负压动力源，使局部处于负压环境，从而可以将创面的坏死组织和渗透液通过引流管排出体外，为创面修复和后期恢复创造良好生长环境。由于聚乙烯醇海绵具有良好的生物相容性和亲水性和机械强度[1]，对人体无害，对皮肤无刺激性，所以被广泛的用于通常用作负压封闭引流技术的医用海绵。一般来说，在临床使用的过程中，一张海绵与创面接触的时间可以长达7天，但结果显示：在抽吸3-7天后，聚乙烯醇海绵会发生不同程度地变干的情况，保水性显著下降的情况。因此对聚乙烯醇海绵进行抑菌，保水性和保湿方面以及机械强度的改性，有着迫切的需求。
本实验制备了氧化石墨烯海绵，并且对其保水性能，回弹性能，抑菌性能做了研究，同时通过对临床使用反馈进行了统计分析，结果表明氧化石墨烯海绵在以上性能上都优于普通的聚乙烯醇海绵，能够有效解决临床使用上的问题。
2.实验部分
1.1材料与仪器
2.1.1 试剂
聚乙烯醇（PVA，平均聚合度为2488，日本可乐立），石墨烯（郑州富乐化工），甲酸（国药集团化学试剂有限公司），硫酸（国药集团化学试剂有限公司），山梨酯（国药集团化学试剂有限公司 ），甲醛（ 国药集团化学试剂有限公司），戊二醛（ 国药集团化学试剂有限公司），预混营养琼脂平板（青岛日水生物技术有限公司），预混玫瑰红钠琼脂（青岛日水生物技术有限公司），利凡诺（江苏恒大生物科技有限公司），庆大霉素（郑州海壹化工产品有限公司），和呋喃西林（亮峰卫生用品有限公司），金黄色葡萄球菌（武汉大学菌种保藏中心），绿脓杆菌（武汉大学菌株保藏中心），大肠杆菌菌株（武汉大学菌株保藏中心）
2.1.2 仪器与设备
反应釜（定制），辐照设备（中金辐照武汉有限公司），真空冷冻干燥机（上海拓纷机械设备有限公司）
保水性能测试：负压吸引机（武汉凯信医疗设备有限公司）
回弹性能测试：负压吸引机（武汉凯信医疗设备有限公司）
撕裂性能测试：拉力测试机（苏州拓博机械设备有限公司）
抑菌圈测试：超净工作台（苏州净化设备有限公司）
2.2氧化石墨烯改性聚乙烯醇海绵的制备方法
将聚乙烯醇溶于水中，得到聚乙烯醇溶液，然后加入氧化石墨烯，再依次加入发泡剂山梨酯，催化剂硫酸和交联剂甲醛，并在温度为55-95摄氏度条件下固化形成氧化石墨烯改性海绵，然后利用蒸馏水清洗到pH=6.8～7.3，切割成15×10×1cm规格，25kgy剂量辐照灭菌处理，保存。其中各成分含量为氧化石墨烯氧化石墨烯0.78g/L，聚乙烯醇聚乙烯醇96.19g/L，发泡剂山梨酯5g/L，交联剂甲醛150g/L，催化剂硫酸110g/L。
2.3 性能检测方法
2.3.1 保水性能测试：
将切割好的规格为15×10cm，厚度为1厘米的海绵吸收50ml蒸馏水后，利用负压吸引机在200mmhg负压下进行临床模拟抽吸实验，72小时后，观察海绵状态。
2.3.2 回弹性能测试：
将海绵用負压吸引机（负压值设置在0.06MPa）抽吸72小时，观察海绵经负压抽吸后的变干状态，并同时记录海绵吸水恢复状态和恢复所需时间。
2.3.3 撕裂性能测试：
将海绵利用拉力测试机进行拉力测试，测定撕裂强度，测试标准为GB/T6344-2008/ISO 1798：2008。
2.3.4 海绵孔径显微观察：利用普通光学显微镜的10倍物镜放大镜观察海绵的三维结构，比较孔径等微观细节。
2.3.5抑菌性能测试：
将三种抗生素（利凡诺，庆大霉素和呋喃西林）按稀释倍率1×，1/5×，1/20×三个浓度制备，然后将1×1cm无菌纱布浸入至对应抗生素相应浓度，取出3张1×1cm浸润纱布（不滴水）加盖一层无菌干沙布。
取金黄色葡萄球菌，绿脓杆菌，大肠杆菌菌株分别接种到固体培养基上，置于温箱中37摄氏度培养24小时，用接种环挑单菌落到2ml生理盐水试管中制备菌悬液。取100ul菌悬液均匀徒步与培养基，放置约30min后，放入处理好的纱布（3层浸润抗生素纱布+1层无菌纱布），置于温箱中37摄氏度培养24小时，观察模块周围细菌生长。
将海绵切成直径1×1cm大小模块。取金黄色葡萄球菌，绿脓杆菌，大肠杆菌菌株分别接种到固体培养基上，置于温箱中37摄氏度培养24小时，用接种环挑单菌到2ml生理盐水试管中制备菌悬液。取100ul菌悬液均匀涂布于培养基，放置约30分钟后，放入消毒的材料模块各10块，置于温箱中37摄氏度培养24小时，观察模块中周围细菌生长。 2.4 临床测试：
30例骨质疏松性骨折患者，随机分组，即实验组和对照组，各15例，采用双盲法分别给与氧化石墨烯改性海绵和普通聚乙烯醇医用海绵用于创面。两组性别，年龄情况相当。
将海绵置于创面表层，覆盖整个创面，实验组和对照组均采用相同的负压0.06MPa进行抽吸，一周后观察创面肉芽生长情况。
统计学分析：用SPSS19.0软件进行统计学分析，数据以（X+S）表示，采用t检验，以（P<0.05）为差异有统计学意义。
3.实验结果
3.1 保水性能测试结果
组别 状态 结论
A：聚乙烯醇海绵 完全抽吸干，海绵手感坚硬如石块 保水性能差
B：氧化石墨烯聚乙烯醇改性海绵 海绵四个角干透，中间部分未干透，柔软 保水性能良好
3.2 回弹性能测试结果
组别 状态 吸水基本恢复时间（s） 结论
A：聚乙烯醇海绵 撤去负压后，海绵变薄，完全干硬，5分钟后未完全恢复 40 回弹性能一般
B：氧化石墨烯改性聚乙烯醇海绵 撤去负压后，海绵略变薄，四角变干硬，其余部位柔软 20 回弹性能良好
3.3 撕裂性能测试结果
组别 断裂伸长率 结论
A：聚乙烯醇海绵 142 断裂伸长率值低，较容易撕裂。
B：氧化石墨烯改性聚乙烯醇海绵 160 断裂伸长率值高，更不容易撕裂。
3.4 海绵显微观察
普通聚乙烯醇海绵氧化石墨烯聚乙烯醇改性海绵在10倍物镜放大镜下观察，可以看出氧化石墨烯聚乙烯醇改性海绵的单位面积孔隙更多，层次也更多，间接的可以锁住水分，使海绵的保水性更好。
3.5 抑菌性能测试
3.6 临床测试
一周后，实验组在创面表面均生长出新鲜的肉芽组织，而观察对照发现，部分较严重创面肉芽组织较难观测到。
A：聚乙烯醇海绵 15 2.07+0.521
B：氧化石墨烯聚乙烯醇改性海绵 15 1.80+0.484
4.讨论
4.1本研究，通过利用氧化石墨烯改性的聚乙烯醇海绵理化性能：不只是在保水性，回弹性能，以及断裂伸长率，还是泡沫孔隙的三维结构都优于普通的聚乙烯醇海绵，这些理化性能提升，直接提高了氧化石墨烯改性的聚乙烯醇海绵在临床使用过程中的反馈评价。尤其是用负压吸引机（负压值设置在0.06MPa）抽吸并利用半透膜密封的湿态海绵时，改性海绵不易碎，不掉渣，柔韧性好，并且海绵的失水状态，孔隙结构压迫状态，都优于普通的聚乙烯醇海绵，间接使伤口的肉芽生长状态变好。
4.2利用氧化石墨烯改性的聚乙烯醇海绵抑菌能力的提升十分明显，显著优于普通的聚乙烯醇海绵，能更有效的杀灭肉芽组織上的细菌，促进肉芽组织生长。
4.3 统计分析临床的双盲实验，也直接证明了利用氧化石墨烯改性的聚乙烯醇海绵对伤口的肉芽生长的积极作用较普通海绵优异。
参考文献：
[1]孙瑞焕，毛立江，胡元洁，等.离子型聚乙烯醇海绵的结构及性能[J].中国康复理论与实践，2000，6（2）：56-58.
[2]何瑞华，张传杰，赵瑾朝，等.柔性海藻酸钙海绵伤口辅料的制备与性能[J].功能材料，2013，11（44）：1574-1578.
[3]林志丹，张秀菊，宋英，等.壳聚糖改性缩醛化聚乙烯醇海绵的性能[J].暨南大学学报自然科学板，2007，28（3）：283-287.
[4]肖玲，万冬，李洁，等.聚乙烯醇-壳聚糖-明胶不对称海绵的制备及其性能[J].武汉大学学报理学版，2005，51（4）：443-447.
[5]郑信民，王怡轸，朱仁佑，等.石墨烯-聚乙烯醇奈米复合材料之制程与机械性质[J]，材料科学，2015，5：103-110.