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)口的適度濕潤并滿足日常伸曲、縫合等要求。通過對兩種人造皮膚材料的性能測試，簡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。長久以來，大面積皮膚缺損的覆蓋材料主要來自自體皮、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“濕潤環(huán)境愈合理論”興起，即在傷口局部保持適度的濕潤以營造有利于傷口愈合的微酸低氧、自溶清創(chuàng)、生長因子釋放環(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性能）以控制皮膚的蒸發(fā)量，既不能過大造成傷口水分的大量蒸發(fā)，也不能過小導(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。斷裂伸長率則用來評價(jià)材料在拉斷時(shí)的位移值與原長的比值。接下來將對兩種不同的人造皮膚進(jìn)行水蒸氣透過性能和力學(xué)性能的測試，從而了解當(dāng)前人造皮膚的性能情況。

2 人造皮膚的性能測試

2.1水蒸氣透過性能測試方法和標(biāo)準(zhǔn)

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

　　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)）透過試樣進(jìn)入干燥的一側(cè)，通過測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率。本次試驗(yàn)對象為兩種不同的人造皮膚，分別命名為1#、2#，測試結(jié)果見表1。

 圖1. 人造皮膚（未從袋中取出）

表1. 人造皮膚水蒸氣透過率測試結(jié)果

2.2 斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率測試方法和標(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，長度不小于150mm的長條試樣，見圖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，開始試驗(yàn)。試樣拉斷后，系統(tǒng)自動顯示試樣的拉斷力和斷裂伸長率，由此計(jì)算出試樣的斷裂強(qiáng)度。本次試驗(yàn)對象同水蒸氣透過性能測試試樣，測試結(jié)果見表2。

圖2. 長條試樣示意圖

表2. 人造皮膚斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率測試結(jié)果

3 人造皮膚的性能研究

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

　　近年來，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，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，以取長補(bǔ)短，能有效解決這一問題。

　　共混膜的制備工藝相對復(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，部分研制過程中還會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)，為水蒸氣的透過構(gòu)建了通道。在這一過程中，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。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率密切相關(guān)。在馬芳的研究中，絲素/明膠膜的水蒸氣透過率隨著明膠比例的增加出現(xiàn)先上升后下降的趨勢[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率下降；另一方面，乙醇的不溶性處理也會使共混膜的結(jié)晶度提高，從而影響水蒸氣透過性能。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)度和斷裂伸長率達(dá)到。但若繼續(xù)進(jìn)行乙醇不溶化處理，會導(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別，其水蒸氣透過性和力學(xué)性能也呈現(xiàn)多樣性，需要通過具體實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究分析。

4、結(jié)語

　　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)口的適度濕潤并滿足日常伸曲、縫合等要求。因此，專業(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)際需要對其性能進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)一步提高人造皮膚對各類創(chuàng)口的愈合效果。

參考文獻(xiàn)：

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