羧甲基化棉短绒止血纱布的制备及性能评价

doi:10.12307/2022.243

中国组织工程研究 ›› 2022, Vol. 26 ›› Issue (16): 2473-2479.doi: 10.12307/2022.243

• 材料生物相容性 material biocompatibility • 上一篇下一篇

羧甲基化棉短绒止血纱布的制备及性能评价

柳小军1，徐玉茵1，刘康博1，周静1，韩颖1，熊玥1，田源2

1河南省医疗器械检验所(河南省医疗器械检验检测工程技术研究中心)，河南省郑州市 450000；2南阳市久康医疗器械有限公司，河南省南阳市 473000

收稿日期:2020-10-19 修回日期:2020-10-22 接受日期:2020-11-19 出版日期:2022-06-08 发布日期:2021-10-29
通讯作者: 周静，硕士，高级工程师，河南省医疗器械检验所(河南省医疗器械检验检测工程技术研究中心)，河南省郑州市 450000
作者简介:柳小军，男，1984年生，河南省开封市人，汉族，2011年河南工业大学毕业，硕士，工程师，主要从事生物医用材料研究。徐玉茵，女，1973年生，河南省开封市人，汉族，2007年河南中医学院(现河南中医药大学)毕业，硕士，高级工程师，主要从事医疗器械生物学评价方面的研究。
基金资助:
河南省科技攻关项目(202102310467)，项目负责人：柳小军

Preparation and properties of carboxymethylated cotton linters hemostatic gauze

Liu Xiaojun1, Xu Yuyin1, Liu Kangbo1, Zhou Jing1, Han Ying1, Xiong Yue1, Tian Yuan2

1Henan Medical Equipment Inspection Institute (Henan Medical Equipment Inspection and Testing Engineering Technology Research Center), Zhengzhou 450000, Henan Province, China; 2Nanyang Jiukang Medical Device Co., Ltd., Nanyang 473000, Henan Province, China

Received:2020-10-19 Revised:2020-10-22 Accepted:2020-11-19 Online:2022-06-08 Published:2021-10-29
Contact: Zhou Jing, Master, Senior engineer, Henan Medical Equipment Inspection Institute (Henan Medical Equipment Inspection and Testing Engineering Technology Research Center), Zhengzhou 450000, Henan Province, China
About author:Liu Xiaojun, Master, Engineer, Henan Medical Equipment Inspection Institute (Henan Medical Equipment Inspection and Testing Engineering Technology Research Center), Zhengzhou 450000, Henan Province, China Xu Yuyin, Master, Senior engineer, Henan Medical Equipment Inspection Institute (Henan Medical Equipment Inspection and Testing Engineering Technology Research Center), Zhengzhou 450000, Henan Province, China
Supported by:
the Key Scientific and Technological Project in Henan Province, No. 202102310467 (to LXJ)

摘要/Abstract

摘要： 文题释义：
羧甲基化棉短绒止血纱布：是以棉短绒纱布为原料，采用氢氧化钠溶液对其进行碱化处理，使其溶胀形成纤维素钠，然后采用氯乙酸溶液进行醚化处理，再经过纯化及干燥过程而制得的吸水性强且可溶于水的纤维素醚化衍生物，主要成分是羧甲基纤维素钠。
凝血性能：通过体外全血凝固时间测试来评价材料的凝血性能。取样品置于试管中水浴处理，加入新鲜抗凝兔血，水浴后加入氯化钙溶液，继续水浴的同时开始计时，观察血液是否流动，直至血液完全凝固。通过观察全血凝固时间可以直观地评价材料的凝血性能，全血凝固时间越短说明凝血效果越好。

背景：目前棉短绒及其改性制品在清理水或油污染方面受到广泛关注，然而将其用于止血纱布的制备尚未见报道。
目的：以棉短绒纱布为原料改性制备一种羧甲基化棉短绒止血纱布，并对其进行表征。
方法：以棉短绒纱布为原料，通过化学改性制备羧甲基化棉短绒止血纱布。采用红外光谱仪、扫描电镜和X射线衍射仪表征棉短绒纱布(原料组)、羧甲基化棉短绒止血纱布(实验组)与可吸收止血纱布(对照组)的形貌结构，通过测定吸水率、力学性能、凝胶化速率和溶解性等检测3种纱布的理化指标，通过检测全血凝血时间评价3种纱布的止血性能，通过体外细胞毒性实验评价实验组纱布的细胞相容性。

结果与结论：①红外光谱显示，实验组纱布发生了羧甲基化反应，纤维结构中引入了亲水性羧甲基基团；X射线衍射结果显示，原料组的晶相较完整，实验组和对照组的晶相不完整，结晶较差；②扫描电镜显示，原料组纤维呈直线状且排列整齐紧密；实验组纤维编织方式未发生改变，但排列松散，纤维直径增加，表面粗糙度增加；对照组纤维具有独特的编织方式，纤维表面细长光滑且纹理清晰；③3组纱布的孔隙率比较差异无显著性意义(P > 0.05)；实验组的吸水率大于原料组(P < 0.05)，小于对照组(P < 0.05)；④实验组和对照组均在吸水后30 s内形成凝胶，并在1 h内完全溶解；⑤实验组的拉伸强度小于原料组(P < 0.05)，与对照组比较差异无显著性意义(P > 0.05)；实验组的断裂伸长率大于原料组(P < 0.05)，小于对照组(P < 0.05)；⑥实验组的全血凝固时间短于原料组(P < 0.05)，与对照组比较差异无显著性意义(P > 0.05)；实验组纱布具有良好的细胞相容性；⑦结果表明，羧甲基化棉短绒止血纱布具有良好的理化性能、止血性能和细胞相容性。

https://orcid.org/0000-0002-2897-1795 (柳小军)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

关键词: 材料, 棉短绒纱布, 羧甲基化, 理化性能, 形貌结构, 止血性能, 细胞相容性

Abstract: BACKGROUND: At present, cotton lint and its modified products have been widely concerned in cleaning water or oil pollution, but the preparation of cotton lint for hemostatic gauze has not been reported.
OBJECTIVE: To prepare a kind of carboxymethylated cotton linters hemostatic gauze by modifying cotton linters gauze and characterize it.
METHODS: Carboxymethylated cotton linters cotton gauze was prepared by chemical modification. Infrared spectrometer, scanning electron microscope and X-ray diffractometer were used to characterize the morphology and structure of cotton linter gauze group (raw material), carboxymethylated cotton linter hemostatic gauze (experimental group) and absorbable hemostatic gauze (control group). The physical and chemical indexes were measured by water absorption, mechanical properties, gelation rate and solubility. The hemostatic performance was tested by measuring whole blood coagulation time. At last, the cytocompatibility of gauze in the experimental group was evaluated by cytotoxicity test in vitro.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) The result of infrared spectrum showed that carboxymethylation occurred in the gauze from experimental group, The hydrophilic carboxymethyl group was introduced into the fiber structure. X-ray diffraction results showed that compared with the raw material group, the crystal phase of the experimental and the control groups was incomplete with the crystallinity decreased. (2) Scanning electron microscope result showed that the fibers of the raw material group were straight and tightly arranged. In the experimental group, the fiber braiding mode was not changed, but the arrangement was loose, the fiber diameter was increased, and the surface roughness was increased. In the control group, the fiber had a unique weaving mode; the fiber surface was long and thin, smooth and the texture was clear. (3) There was no significant difference in porosity among the three groups (P > 0.05). The water absorption rate of the experimental group was higher than that of the raw material group (P < 0.05) and lower than that of the control group (P < 0.05). (4) Both the experimental group and the control group formed gel within 30 seconds after water absorption, and completely dissolved within 1 hour. (5) The tensile strength of the experimental group was lower than that of the raw material group (P < 0.05), but there was no significant difference between the experimental and the control groups (P > 0.05). The fracture elongation of the experimental group was higher than that of the raw material group (P < 0.05) and lower than that of the control group (P < 0.05). (6) The blood coagulation time in the experimental group was shorter than that in the raw material group (P < 0.05), while it did not differ from the control group significantly (P > 0.05), indicating that the gauze in the experimental group had good cytocompatibility. (7) The results suggested that carboxymethylated cotton linters hemostatic gauze presented good physical and chemical properties, hemostatic properties and cellular compatibility.

Key words: material, cotton lintes gauze, carboxymethylated, physical and chemical properties, structure, hemostatic performance, cytocompatibility

中图分类号:

柳小军, 徐玉茵, 刘康博, 周静, 韩颖, 熊玥, 田源. 羧甲基化棉短绒止血纱布的制备及性能评价[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(16): 2473-2479.

Liu Xiaojun, Xu Yuyin, Liu Kangbo, Zhou Jing, Han Ying, Xiong Yue, Tian Yuan. Preparation and properties of carboxymethylated cotton linters hemostatic gauze[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2022, 26(16): 2473-2479.

图/表（结果） 10

2.1 各组纱布红外光谱分析结果图1是傅里叶变换红外光谱测定各组纱布的主要官能团分布。从图可以看出，原料组纱布在波长3 700-3 200 cm-1处呈现强而尖锐的羟基(-OH)伸缩振动形成的特征吸收峰；改性后的实验组纱布由于部分羟基被取代，在该处的特征吸收峰明显变弱。实验组纱布在波数1 585 cm-1处出现-COOH的特征吸收峰，在波数1 410 cm-1
处出现-CH2形成的特征吸收峰，在波数1 320 cm-1处出现-OH形成的特征吸收峰，由此可见，实验组纱布发生了羧甲基化反应，纤维结构中引入了亲水性羧甲基基团。与原料组纱布相比，对照组纱布在波长3 700-3 200 cm-1处的羟基(-OH)伸缩振动形成的特征吸收峰也明显变弱，而且在波数1 585，1 410，1 320 cm-1处也分别出现-COOH、-CH2和-OH形成的特征吸收峰，由此可见，对照组纱布纤维结构中有羧甲基基团。

2.2 各组纱布形貌结构观察图2是各组纱布的扫描电镜观察结果。从图可以看出，原料组纱布纤维呈直线状且排列整齐紧密，具有清晰的经纬结构，表面细长光滑且纹理清晰；实验组纱布纤维编织方式虽没发生改变，但呈弯曲状且排列松散，无序性明显增强，单个纤维膨胀变厚，直径增加，表面变得疏松粗糙，出现密集有致的凸起颗粒，有明显的肿胀效应；对照组纱布纤维具有独特的编织方式，纤维表面细长光滑且纹理清晰。

2.3 各组纱布结晶结构分析结果图3显示3组纱布的结晶结构有明显的不同。从图可以看出，原料组有明显结晶峰和非晶漫散包，经TOPAS软件分峰拟合可知其结晶度为49.19%；实验组和对照组只有非晶漫散包，无明显的结晶峰，并且衍射峰变得宽而不尖锐，表明晶相不完整，结晶较差，晶态基本上全部转化为非晶态。

2.4 各组纱布的孔隙率与吸水率分析结果实验组和对照组的孔隙率稍均大于原料组，但差异无显著性意义(P > 0.05)，见图4A。结果表明，实验组的孔隙率与原料组相比获得了一定程度的提升，提示纱布纤维在改性过程中发生了一定的结构变化。实验组的吸水率大于原料组(P < 0.05)，但小于对照组(P < 0.05)，见图4B。结果表明，实验组纱布的吸水率获得显著性提升，提示改性后纱布的亲水性增强，能吸收大量的水分。

2.5 各组纱布的凝胶化速率和溶解性能分析结果图5是各组纱布吸水后的光学显微镜观察图。从图可以看出，原料组纱布吸水后纤维结构仍清晰可见且经纬分明，纤维的膨胀程度低；实验组和对照组纱布吸水后纤维结构消失，呈凝胶状。同时凝胶化速率测定结果显示，实验组和对照组均在30 s内形成凝胶，结果表明改性后纱布的吸水速率快，形成凝胶速率加快。

图6是各组纱布的溶解性能测定结果。从图可以看出，原料组纱布在1 h时没有变化；实验组和对照组纱布在1 h时均已经完全溶解在水中，澄清透明，产生气泡，无不溶物。结果表明，实验组纱布能快速地溶解，具有良好的溶解性能。

2.6 各组纱布力学性能分析结果实验组纱布的拉伸强度小于原料组(P < 0.05)，与对照组比较差异无显著性意义(P > 0.05)，见图7A。实验组的断裂伸长率大于原料组(P < 0.05)，小于对照组(P < 0.05)，见图7B。结果表明改性后纱布的拉伸强度下降，断裂伸长率上升。

2.7 各组纱布体外全血凝固时间分析结果全血凝固时间测定结果显示，原料组、实验组和对照组的全血凝固时间均短于空白组(P < 0.05)；实验组的全血凝固时间短于原料组(P < 0.05)，与对照组比较差异无显著性意义(P > 0.05)，见图8。结果显示，实验组纱布的全血凝固时间较短，提示其具有较好的凝血性能。

2.8 实验组纱布体外细胞毒性分析结果荧光倒置显微镜下可见，空白组和阴性对照组细胞生长状态正常、形态良好且分裂旺盛；阳性对照组细胞分布稀疏，且多数呈非正常的圆形；实验组细胞贴壁良好，呈梭形或三角形，生长密集状态良好，见图9。

表1是实验组纱布的体外细胞毒性实验结果。从表中可以看出，根据体外细胞毒性实验判定方法，在该实验条件下空白组的A570平均值大于0.2，该实验体系符合接受标准；实验组的细胞存活率为84%，符合生物材料安全级别要求。
2.9 羧甲基化棉短绒止血纱布的细胞相容性由体外细胞毒性实验可知，羧甲基化棉短绒止血纱布具有良好的细胞相容性。

参考文献

[1] 刘梦媛,荆妙蕾,关静,等.N-己烷壳聚糖的制备、细胞毒性与凝血性能[J].中国组织工程研究,2018,22(22):3520-3526.
[2] 韦加娜,陈锦涛抗菌止血纱布的制备及性能研究[J].广东化工,2019, 46(13):26-27.
[3] 李丽娟,邢克飞,刁天喜.美军止血材料研究进展[J].中华创伤杂志, 2018,34(3):242-245.
[4] BEHRENS AM, SIKORSKI MJ, KOFINAS P. Hemostatic strategies for traumatic and surgical bleeding. J Biomed Mater Res Part A. 2014; 102(11):4182-4194.
[5] DAVIS JS, SATAHOO SS, BUTLER FK, et al. An analysis of prehospital deaths: Who can we save? J Trauma Acute Care Surg. 2014;77(2): 213-218．
[6] ZHU NW, SHI CH, SHANG R, et al. Immobilization of Acidithiobacillus ferrooxidans on cotton gauze for biological oxidation of ferrous ions in a batch bioreactor .Biotechnol Appl Biochem. 2017;64(5):727-734.
[7] KITTINAOVARAT S, HENGPRAPAKRON N, JANVIKUL W. Comparative multifunctional properties of partially carboxymethylated cotton gauze treated by the exhaustion or pad-dry-cure methods. Carbohydr Polym. 2012;87(1):16-23.
[8] 周本丽.刍议医用棉纱布层结构设计及其定向吸液能力[J].纺织报告,2020(2):94-95.
[9] GRABER JJ, TABAR V, BRENNAN C, et al. Acute inflammatory reactions to hemostatic materials mimicking post-operative intracranial abscess. Inter Neuro Adv Tech Case Manage. 2014;1(1):5-7.
[10] FRIBERG L, BENSON L, LIP GY. Balancing stroke and bleeding risks in patients with atrial fibrillation and renal failure: the Swedish Atrial Fibrillation Cohort study. Eur Heart J. 2015;36(5):297-306.
[11] 崔智慧,张雅菲,田田,等.国产氧化纤维素可吸收止血纱布对大鼠皮肤伤口愈合影响的机制研究[J]. 河北医科大学学报,2019, 40(10):1193-1196+1241.
[12] 白忠祥,但年华,但卫华,等.双醛羧甲基纤维素-胶原复合止血材料的研制[J].材料导报,2018,32(20):3628-3633.
[13] 熊绪琼,梅昕,马凤森.多糖类可吸收止血材料的研究进展[J].中华创伤杂志,2015,31(6):571-574.
[14] COSERI S, BILIUTA G, SIMIONESCU BC, et al. Oxidized cellulose-Survey of the most recent achievements. Carbohydr Polym. 2013;93(1): 207-215.
[15] KUCINSKA LJ, GUBANSKA I, JANIK H. Bacterial cellulose in the field of wound healing and regenerative medicine of skin: recent trends and future prospectives. Polym Bull (Berl). 2015;72(9):2399-2419.
[16] 李伟,王玲爽,孙伟庆.纤维素类止血材料的临床应用及作用机制的研究[J].当代医药论丛,2019,17(22):21-23.
[17] 石长灿,赵瑾,刘雯,等.可吸收止血材料的研究与应用进展[J].高分子通报,2018(5):1-13.
[18] CHIA PL, FOO D. Use of oxidized regenerated cellulose to prevent pocket hematomas after cardiac electronic device implantation in patients on anticoagulants or dual antiplatelet therapy. Int J Cardiol. 2013;4(168):4406-4407.
[19] 王剑平.医用纤维素敷料的改性与性能研究[D].青岛:青岛大学, 2015.
[20] CAO S, DONG T, XU G, et al. Cyclic filtration behavior of structured cattail fiber assembly for oils removal from waste water. Environ Technol. 2018;39(14):1833-1840.
[21] 魏玉君,夏朝阳,徐丽丽,等.棉短绒非织造布吸油性能测试与评价[J].上海纺织科技,2018,46(8):52-54.
[22] 冯晓宁,丁成立,刘月娥.棉短绒纤维素基复合材料的制备及吸油性能[J].高分子材料科学与工程,2019,35(7):25-30.
[23] CUI Y, XU G, LIU Y. Oil sorption mechanism and capability of cattail fiber assembly. J Ind Text. 2014;43(3):330-337.
[24] LIKON M, REMSKAR M, DUCMAN V, et al. Populus seed fibers as a natural source for production of oil super absorbents. J Environ Manage. 2013;114(JAN.15):158-167.
[25] 黄伟,徐小慧,郭利萍.三维结构和氧化度对C6位氧化再生纤维素止血材料性能影响[J].高分子通报,2017,(9):71-78.
[26] 钟红荣,张岩,包红,等.丝素/明胶/壳聚糖支架材料的构建及表征[J].材料导报,2018,32(22):3954-3960.
[27] 石敏,陶思洁,李丹,等.面向组织工程应用的再生丝素/海藻酸钙海绵:制备、表征及体内、体外性能研究[J].材料导报,2020, 34(4):4158-4165.
[28] GB/T 16886.5-2017,医疗器械生物学评价第5部分：体外细胞毒性试验[S].
[29] 历雪,王思颖,丁雪,等.壳聚糖/迷迭香多孔干凝胶抗菌止血作用的研究[J].长春理工大学学报(自然科学版),2019,42(4): 120-124+128.
[30] GE TC, XING N, CHEN J, et al. Comparison among several foam dressings in the properties of water-absorption, water-locking and air permeability. Zhonghua Shao Shang Za Zhi. 2012;28(5):349-352.
[31] 钱璐敏,张斌.可溶性止血医用棉纱布的制备及其性能[J].纺织学报,2019,40(5):102-106.
[32] 戴海玲.高吸水性医用棉纱布的制备及性能研究[D].上海:东华大学,2014.
[33] KANOKPANONT S, DAMRONGSAKKUL S, RATANAVARAPORN J, et al. An innovative bi-layered wound dressing made of silk and gelatin for accelerated wound healing. Int J Pharm. 2012;436(1/2):141-153.
[34] 何越,侯增淼,李晓颖,等.重组胶原蛋白海绵的制备及性状表征[J].中国组织工程研究,2019,23(6):912-916.
[35] 韩玎玎,贺曾,钟锐,等.一种可止血的富血小板血浆壳聚糖/丝素蛋白多孔伤口敷料的制备及性能表征[J].生物工程学报,2020, 36(2):332-340.
[36] 张楠楠,赵瑾朝,张传杰,等.医用棉纱布的羧甲基化改性[J].武汉纺织大学学报,2012,25(3):12-16.
[37] 钱璐敏,张斌,张亚军.高吸液性医用纱布制备工艺的优化[J].东华大学学报(自然科学版),2018,44(5):719-723.
[38] NIE W, YUAN X, ZHAO J, et al. Rapidly in situ forming chitosan/epsilon-polylysine hydrogels for adhesive sealants and hemostatic materials. Carbohydr Polym. 2013;96(1):342-348.
[39] 陈晓松,张建,李建新.一种新型活组织材料的组织学及力学特性[J].中国组织工程研究,2013,17(34):6110-6115.
[40] 张世明,陶树清.评价医疗器械体外细胞毒性的常用方法概述[J].现代医学,2020,48(1):146-150.
[41] 汪芳, 陈云平, 苏香萍. 抗菌止血壳聚糖/黄连素多孔干凝胶的制备及其表征[J].中国组织工程研究,2017,21(6):899-905.

引言

各种自然灾害、突发事故、战争和手术导致的创伤出血不可避免[1]，创面不可控的大量出血通常会造成体温过低、凝血功能障碍和器官衰竭，极大地危及伤者的生命安全[2]。迅速高效的止血能及时挽救无数人的生命[3-5]，因此手术过程中能否及时有效止血成为了手术成败的关键之一。目前市场上使用的医用脱脂棉纱布由于吸液能力强、湿态强度高和生物相容性好等特点，一直是医院及家庭在创伤护理时最常用的止血材料[6-7]，但医用脱脂棉纱布填塞止血不仅会压迫组织器官，而且在实际使用过程中还容易粘连创面周边的组织，导致移除时可能会出现二次创伤和再出血[8]，从而显著降低了手术质量和预后效果。因此，开发具有良好生物相容性且止血效果好的生物医用止血材料十分重要[9-10]。
近年来，生物医用止血材料的质量和性能均获得较大的提升[11]，目前市场常见的医用可吸收止血纱布是由天然纤维素或再生纤维素编织物经化学改性而成的一类具有良好吸水性能的纤维素衍生物，这类生物止血材料因原料来源广泛、价格低、可吸收和止血效果好等优点成为了在临床上应用较多的生物医用止血产品之一[12-16]。当止血材料与血液接触时能吸收血液中的水分并形成胶黏状物质，从而封堵小血管，达到止血功效[17]。在结扎等传统止血方式不能使用或使用无效时，辅助止血材料用于控制实质脏器(如肝脏、脾脏或胰脏等)、毛细血管、小静脉或小动脉等创面出血[18]，目前临床上这类止血材料仍以进口为主，虽效果良好，但价格昂贵；而国内的同类产品在溶解性、止血性能和降解性等方面指标参差不齐[19]。棉短绒属于天然纤维，纤维长度短，并且廉价易得，使用后易降解。中国有丰富的棉短绒资源，但大部分得不到充分利用。目前，棉短绒及其改性制品在清理水或油污染方面受到广泛关注[20-24]，然而将其用于止血纱布的制备尚未见报道。实验拟采用棉短绒纱布为原料，通过化学改性制备羧甲基化棉短绒止血纱布。首先分析其结构和理化性能，并进一步研究体外凝血效果，最后探讨细胞相容性，旨在为临床中该类医用止血材料的应用提供更多选择和参考。中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

材料方法

1.1 设计材料形貌结构观察及性能评价实验。
1.2 时间及地点实验于2020年4-9月在河南省医疗器械检验所完成。
1.3 材料棉短绒纱布(原料组)购自南通尖鼎针织服饰有限公司；可吸收止血纱布(对照组，规格：100 mm×75 mm，批
号：19111559)购自惠州华阳医疗器械有限公司；实验用新西兰兔购自华兰生物疫苗有限公司；L929小鼠成纤维细胞购自美国菌种保藏中心(ATCC)。Nicolet iS50 傅里叶变换红外光谱仪购自美国Thermo Fisher Scientific公司；EVO18扫描电镜购自德国Carl Zeiss公司；D8型X射线衍射仪购自德国Bruker公司；3365型拉力机购自美国Instron公司；FA1204B电子天平购自上海天美公司；BX53研究级显微镜购自日本Olympus公司；Infinite M200 Pro多功能酶标仪购自瑞士Tecan公司；TE2000-S荧光倒置显微镜购自日本Nikon公司；4111型CO2培养箱购自美国Thermo Fisher Scientific公司。
1.4 实验方法
1.4.1 羧甲基化棉短绒止血纱布的制备称取6 g棉短绒纱布放入装有氢氧化钠溶液和体积分数95%乙醇溶液的烧杯中，在35 ℃下搅拌反应1 h。再放入氯乙酸溶液，在35 ℃下醚化处理3 h。取出纱布挤干后放入体积分数75%和85%乙醇溶液中分别继续搅拌30 min。用盐酸溶液调节溶液pH值至中性。最后采用体积分数75%乙醇溶液洗涤数次，经干燥、包装和灭菌后得到羧甲基化棉短绒止血纱布(实验组)。
1.4.2 结构表征
红外光谱测试：取3组纱布(1 cm×1 cm)，使其紧贴ATR附件晶体表面，旋转采样器固定钮，压紧纱布，然后用傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)进行检测。扫描范围为500-4 000 cm-1，分辨率为4 cm-1，扫描次数为64次。
扫描电镜测试：取3组纱布(5 mm×5 mm)，进行喷金处理，用导电胶将纱布固定于扫描电镜铜片上，采用扫描电镜放大50倍和500倍观察其微观结构。
结晶结构测试：取3组纱布，剪碎后压平，采用X射线衍射仪对样品进行表征。实验参数为：常规光源，2.2 kW Cu靶；管压40 kV；管流40 mA；发散狭缝1 mm；索拉狭缝4度，扫描角度2θ为5°-60°。
1.4.3 理化性能测试
孔隙率测定：取25 mL容量瓶，加无水乙醇至刻度处，称质量记为m1；精准称取纱布，记质量为m；将纱布浸没于无水乙醇中，24 h后吸去刻度以上的无水乙醇，记质量为m2；再将吸满无水乙醇的纱布取出，称质量记为m3。每组测定3个平行样，取平均值[12]。孔隙率计算公式：孔隙率=
(m2-m3-m)/(m1-m3)×100%。
吸水率测定：精准称取纱布，记质量为m；放入25 mL容量瓶中，记质量为m1；加PBS(pH=7.4)至纱布完全浸没，待纱布完成形成凝胶，将PBS倒出，容量瓶倒置30 s，称质量记为m2。每组测定3个平行样，取平均值。吸水率计算公
式：吸水率=(m2-m1)/m×100%。
凝胶化速率和溶解性能测试：称取3组纱布各0.2 g放入玻璃试管中，加入30 mL PBS(pH=7.4)，置于37 ℃水浴锅中水浴，静置观察。每5 s观察一次，直至纱布完全形成凝胶状态[25]。记录各纱布凝胶化过程并拍照。称取3组纱布各0.1 g
放入培养皿中，加入30 mL PBS(pH=7.4)，置于37 ℃恒温箱中静置观察。每10 min观察一次直至溶液澄清透明[25]。记录纱布完全溶解过程并拍照。
力学性能测试：采用拉力机测定实验样品的拉伸强度和断裂伸长率[26-27]。将3组纱布制成长条状试样(宽度为
25 mm)，并用厚度仪测量厚度，夹持长度为40 mm，拉伸速度为10 mm/min。测定试验样品的最大负荷和拉伸位移最大值，每组测定3个平行样。拉伸强度=p/(b×d)，式中p为最大负荷(N)，b为试样宽度(mm)；d为试样厚度(mm)。断裂伸长率=△L/L0×100%，式中L0为夹持长度(mm)，△L为拉伸位移最大值(mm)。
1.4.4 体外全血凝固时间测试取3组纱布各30 mg置于试管中，在37 ℃水浴5 min，加入1.0 mL新鲜抗凝兔血后继续水浴3 min。加入0.2 mL氯化钙(0.02 mol/L)后放入37 ℃水浴锅中，同时开始计时，随后每10 s将试管倾斜，观察血液是否流动，直至血液完全凝固时停止计时，所经过的时间即为全血凝固时间。每组测定3个平行样，取平均值[1]。空白组为空试管，同上法操作。
1.4.5 体外细胞毒性实验采用MTT法进行实验样品细胞毒性测试。无菌操作下，按1.25 cm2/mL浸提比例制备纱布的MEM培养基(含体积分数10%胎牛血清)浸提液；阴性对照为经确认不产生细胞毒性反应的高密度聚乙烯，按0.2 g/mL浸提比例制备MEM培养基(含体积分数10%胎牛血清)浸提液；阳性对照为含10%二甲基亚砜的细胞培养液；空白组为含体积分数10%胎牛血清的MEM培养基。各组在37 ℃恒温震荡器中浸提24 h。用培养基重悬L929小鼠成纤维细胞悬液，调整细胞浓度为1×108 L-1，接种于96孔培养板，每孔加细胞悬液100 µL；置体积分数5%CO2培养箱37 ℃培养24 h后，弃去培养板内的培养液，每组6孔，分别对应地加入100 µL的样品浸提液、阴性对照、阳性对照和空白组，置CO2培养箱继续培养24 h。采用荧光倒置显微镜观察细胞形态。每孔加入质量浓度为1 g/L的MTT溶液50 µL，继续培养2 h后弃去，加入100 µL异丙醇溶液，震荡平板，在570 nm波长下测定吸光度A值，按下式计算细胞存活率[28]：细胞存活率= A570e /
A570b×100%，式中A570e为试样样品100%浸提液吸光度平均值，A570b为空白组吸光度平均值。空白对照A570平均值如≥
0.2，则实验符合接受标准，如存活率大于70%，则判定实验样品无细胞毒性反应。
1.5 主要观察指标 3组纱布的形貌结构、吸水率、力学性能、凝胶化速率、溶解性及实验组纱布的细胞相容性。
1.6 统计学分析数据用x±s表示。采用graphpad prism 7 软件对数据进行统计学分析并作图，3组及以上统计学方法采用one-way ANOVA检验，P < 0.05为差异有显著性意义。

讨论

吸水率是衡量医用敷料好坏的重要指标之一，较大的吸水率意味着可以大量吸收创面处血液中的水分，导致血液黏度增加，促进血小板聚集而实现凝血，同时还可以保持创面洁净湿润环境，有利于创面的封闭及愈合[29]。材料的亲水基团含量对其吸水率有重要影响[30]。实验通过研究羧甲基化改性对棉短绒纱布的影响发现，与原料纱布相比，改性后纱布纤维结构中羧甲基基团的特征峰明显，说明改性纤维结构中引入了亲水性羧甲基基团，增强了亲水性。钱璐敏等[31]研究同样发现，羧甲基改性后的可溶性止血医用棉纱布分别在3 700-3 300 cm-1、1 589 cm-1、1 415 cm-1和1 323 cm-1处出现了特征吸收峰，这与此次实验改性纱布的特征吸收峰范围一致。戴海玲[32]的研究同样发现羧甲基化改性能显著提高纱布的吸水率。
扫描电镜检测结果显示，改性后纱布发生羧甲基化后并没有改变其编织方式，但是改变了纱布纤维的结构及排列分布，使得无序性增强且发生了扭曲变形，并增大了纤维表面的粗糙度。这可能是实验组纱布在改性过程中发生了膨胀，而且部分羟基被羧甲基取代，空间位阻增大，致使纤维大分子间氢键减少，破坏了纤维素的有序结构，使其变得更松散且表面粗糙，而且改性后纤维中亲水基团及钠盐的水化作用，提升了改性纱布的亲水性。有研究发现，医用棉纱布经羧甲基化改性后纤维直径增加[31]。除了吸水率之外，止血材料的微结构(孔隙率)也影响材料在创面处的吸血量[33]。
在止血过程中，孔隙率较大的纱布不仅能够使纱布快速地吸附血液中的水分并凝聚血小板等[34]，还能更好地与创面进行黏附，发挥止血作用[35]。然而此次实验研究结果显示，纱布的孔隙率并没有发生显著变化。石敏等[27]也认为吸水率可能不仅取决于纱布的孔隙率，还取决于纱布的制作工艺条件和其本身的材质。
此次实验中，实验组和对照组纱布分别是由棉短绒纱布和再生纤维素编织物改性制得，主要成分均为羧甲基纤维素钠。实验组产品制备过程中主要包括碱化工艺和醚化工艺，有研究认为碱液质量分数、氯乙酸质量分数和醚化温度对纱布的吸水率影响较大[36-37]，因此吸水率是多重因素综合作用的结果。
有报道表明，止血纱布凝胶形成的快慢和溶解性能均影响着止血材料在临床使用中的止血效果和止血速度[38]，与止血纱布的止血性能息息相关[25]。此次实验结果显示，改性使得纱布的吸水速度加快，遇水后能快速溶胀，在形成凝胶后能够快速溶解，具有良好的溶解性能。这可能是因为改性后纱布的羧甲基纤维素增加，亲水性基团增多，在形成凝胶后能在水中快速的分散溶解，使得止血纱布的溶解时间减少，溶解性能变好。黄伟等[25]认为氧化再生纤维中羧基含量增加使得样品与水的作用力增强，进而形成凝胶速率加快。有研究同样发现改性后的羧甲基纤维素能显著降低止血纱布的溶解时间，提升止血纱布的溶解性能[31]。接着通过观察全血凝固所需时间的长短评价止血材料的凝血性能，全血凝固时间越短说明止血材料的凝血效果越好。实验结果表明，改性后的纱布具有良好的凝血功能，这可能是因为实验组纱布吸水后能快速形成凝胶网络，为血小板附着提供了支架，并促进血液中血小板的聚集，进而加速凝血[12]。刘梦媛等[1]也发现止血材料越易形成凝胶网络，凝血效果越好。
拉伸实验是材料力学性能测试中最常见方法之一，为了验证材料的抗拉伸能力和表示材料的变形能力，要对材料的拉伸强度和断裂伸长率进行测定[39]。实验结果提示，改性后纱布的分子链刚性下降、柔性上升；同时X射线衍射实验结果证实了纱布改性后的结晶度明显下降，纤维排列的无序性增强。这两个结果提示，纱布在改性过程可能破坏了纤维素大分子间的氢键和分子间作用力，形成的羧甲基的空间位阻也较大地削弱了分子间的作用力，进而改变了纤维素的有序结构，降低了其结晶度。同时实验结果又表明，虽然实验组和对照组纱布的拉伸强度相似，但断裂伸长率后者却显著大于前者。从以上分析判断这可能是由于两者的结晶度和纤维排列方式不同所导致的。张楠楠等[36]也认为在羧甲基化改性医用棉纱布过程中，当碱溶液在一定浓度时，碱分子进入纱布的纤维晶胞，扩大了晶胞内纤维大分子链间距，改变了纤维原有的结构，从而使纱布的拉伸强度下降、断裂伸长率上升。
符合要求的生物医用材料不仅应具备良好的理化性能，同时应有良好的生物相容性，而体外细胞毒性是检测材料生物相容性的重要指标之一。细胞形态分析是一种定性检测方法，通过显微镜直接观察细胞形态变化评价材料的细胞毒性作用[40]。MTT法是一种检测细胞存活和生长的方法，因其独特的优点成为了检测体外细胞毒性的常用方法[41]。棉短绒是一种无毒性的天然聚合物，具有良好的生物相容性，但与其他材料复合改性后的成分和结构均发生了改变，其毒性可能也发生了改变，因此重新评估其毒性是很有必要的。实验采用细胞形态和MTT法分析了改性后纱布的细胞毒性，结果显示实验组细胞生长状态良好，细胞存活率符合要求，表明实验组纱布无体外细胞毒性反应，具有良好的体外细胞相容性，是一种相对安全无毒的生物材料。后期将进行动物刺激和皮肤致敏等其他生物相容性指标的检测，以全面评价其生物相容性。
综上，棉短绒纱布具有较好的吸水性，但由于遇水后溶胀度不高，创面的血液或渗出液主要被纤维间的孔隙吸收，可能会使创面周边的正常组织被血液或渗出液浸渍，从而导致创面扩大；而经羧甲基化改性后遇水形成凝胶，能够将液体吸收并阻碍液体的扩散，在创面处形成适合愈合的环境并保护健康组织，这些结构变化都有利于提升纱布的吸水率，加快凝胶化速率，提升止血性能。改性后纱布不但具有良好的细胞相容性，而且分子链柔顺性增强，便于对创面进行填塞、覆盖和包裹等操作，从而更有利于创面的修复。因此，羧甲基化棉短绒止血纱布是一种具有潜在医学应用价值的止血材料。研究成果对于开发性能更加优异的新型止血材料具有较大的临床应用价值，在生物止血材料的研究方面具有重大意义。然而其进一步应用和体内止血性能及止血机制还有待进一步深入研究。中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

羧甲基化棉短绒止血纱布的制备及性能评价

Preparation and properties of carboxymethylated cotton linters hemostatic gauze

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[1]	李志一, 贺鹏程, 边天月, 肖玉霞, 高璐, 刘华胜. 铁死亡机制研究的文献计量学与可视化分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(8): 1202-1209.
[2]	沈松, 徐彬. 经皮椎体成形骨水泥呈弥散型分布可减少邻近椎体再骨折的发生率[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(4): 499-503.
[3]	侯万星, 李洪伟, 郑欣, 朱先任. 经皮椎体强化后骨水泥椎间盘渗漏与治疗前MRI发现的相关性[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(4): 504-509.
[4]	杨斯迪, 王倩, 许诺, 王榕焓, 靳传奇, 陆颖, 董明. 上调骨形态发生蛋白2促进成骨细胞增殖分化的硅酸钙类材料Biodentine[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(4): 516-520.
[5]	乐国平, 张明, 席立成, 罗瀚文. 盐酸万古霉素@聚乳酸-羟基乙酸共聚物-壳聚糖-透明质酸复合缓释微球的制备及体外评价#br#[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(4): 528-534.
[6]	刘童斌, 林鹏, 张晓明, 董西玲, 曹飞, 王乐, 郭新星. 阿托伐他汀钙缓释微球制备方法的优化[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(4): 535-539.
[7]	邱鹏, 傅琪淋, 刘敏, 兰玉燕, 王频. 聚醚醚酮、二氧化锆和纯钛基台材料表面口腔微生物黏附的对比[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(4): 540-545.
[8]	何冠宇, 徐宝山, 杜立龙, 张同星, 霍振鑫, 申力. 天然丝素蛋白构建仿生取向微通道纤维环支架[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(4): 560-566.
[9]	王璨, 顾卫平, 蒋煜彬, 朱琳, 陈岗. 不同种植设计对下颌无牙颌应力影响的有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(4): 573-578.
[10]	杨峰, 赵骞, 张世轩, 赵铁男, 冯博. 雷帕霉素联合CD133抗体支架预防血管再狭窄的有效性和安全性[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(4): 579-584.
[11]	陈晓旭, 罗雅馨, 毕浩然, 杨琨. 脱细胞支架制备及其在组织工程和再生医学中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(4): 591-596.
[12]	康坤龙, 王新涛. 生物支架材料促进骨髓间充质干细胞成骨分化的研究热点[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(4): 597-603.
[13]	沈佳华, 付勇. 基于石墨烯的纳米材料可否在干细胞领域应用[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(4): 604-609.
[14]	王阮彬, 程丽乾, 陈凯. 高分子材料在3D打印生物骨骼及支架中的应用与价值[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(4): 610-616.
[15]	张通, 蔡金池, 袁志发, 赵海燕, 韩兴文, 王文己. 基于透明质酸的复合水凝胶修复骨关节炎软骨损伤：应用与机制[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(4): 617-625.