摘要：人造皮膚在當前臨床醫學(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(mǎn)足日常伸曲、縫合等要求。通過(guò)對兩種人造皮膚材料的性能測試，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，承擔著(zhù)屏蔽細菌、感知冷熱、調節體溫、分泌排泄等功能，由表皮、和皮下組織三層構成。當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(cháng)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 人造皮膚應具備的性能

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

　　現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。傳統觀(guān)念認為傷口需干燥消毒，利于結痂愈合，但隨著(zhù)臨床經(jīng)驗的愈加豐富，醫護人員發(fā)現此種治療方法極易造成創(chuàng )面局部脫水，結痂造成傷口疼痛反而阻礙上皮細胞移行，愈合速度緩慢。于是近現代“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(yíng)造有利于傷口愈合的微酸低氧、自溶清創(chuàng )、生長(cháng)因子釋放環(huán)境等，這種方法具有不結痂、微創(chuàng )少痛，利于肉芽生長(cháng)和皮膚細胞分裂，其促進(jìn)傷口愈合的速度是傳統干性環(huán)境的兩倍。

　　基于“濕潤環(huán)境愈合”機理，人造皮膚應具備一定的保濕性能才能維持傷口的“濕潤環(huán)境”。據王成傳等人研究，正常皮膚的水分蒸發(fā)量為18.48±5.02g/(m2·h)，普通創(chuàng )面傷后6小時(shí)水分蒸發(fā)量達到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)小導致傷口局部積液。據相關(guān)文獻介紹，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)量亦可參考此標準。

　　理想的人造皮膚，除了具有一定的水蒸氣透過(guò)性，還應具有接近正常皮膚的柔韌性，不易撕裂，以滿(mǎn)足日常伸曲、縫合的要求，通常采用斷裂強度、斷裂伸長(cháng)率等力學(xué)性能指標進(jìn)行表征。斷裂強度，是指材料發(fā)生拉斷時(shí)的應力值與截面積的比值，單位為MPa。斷裂伸長(cháng)率則用來(lái)評價(jià)材料在拉斷時(shí)的位移值與原長(cháng)的比值。接下來(lái)將對兩種不同的人造皮膚進(jìn)行水蒸氣透過(guò)性能和力學(xué)性能的測試，從而了解當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(guò)性能測試方法和標準

　　參考標準：GB 1037；試驗設備：W3/030水蒸氣透過(guò)率測試儀

　　試驗方法：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。將透濕杯平穩的移入儀器內部。設備自動(dòng)將試樣兩側的濕度差控制的90%RH，試驗溫度為38℃。水蒸氣在濕度差的作用下，從透濕杯中高濕一側（即接近杯中水面一側）透過(guò)試樣進(jìn)入干燥的一側，通過(guò)測試透濕杯的重量隨時(shí)間的變化計算出人造皮膚試樣的水蒸氣透過(guò)率。本次試驗對象為兩種不同的人造皮膚，分別命名為1#、2#，測試結果見(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)率測試結果

2.2 斷裂強度、斷裂伸長(cháng)率測試方法和標準

　　參考標準：GB/T 1040.1-2006、GB/T 1040.3-2006;

　　試驗設備：XLW(PC)智能電子拉力試驗機

　　
　　試驗方法：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(cháng)度不小于150mm的長(cháng)條試樣，見(jiàn)圖2。試樣中部應有標距為50mm的兩條平行線(xiàn)。將單個(gè)試樣裝夾在試驗機的上下夾頭間，試樣縱軸與上、下夾具中心連線(xiàn)相重合，并且要松緊適宜，以防止試樣滑脫和斷裂在夾具內。設定拉伸速度50mm/min，開(kāi)始試驗。試樣拉斷后，系統自動(dòng)顯示試樣的拉斷力和斷裂伸長(cháng)率，由此計算出試樣的斷裂強度。本次試驗對象同水蒸氣透過(guò)性能測試試樣，測試結果見(jiàn)表2。

圖2. 長(cháng)條試樣示意圖

表2. 人造皮膚斷裂強度和斷裂伸長(cháng)率測試結果

3 人造皮膚的性能研究

　　水蒸氣透過(guò)性能測試中，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%，相對而言，1#的透濕性能更為合理。斷裂強度、斷裂伸長(cháng)率測試中，兩種材料的測試結果相差不大。

　　近年來(lái)，日益迫切的皮膚修復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，應用于創(chuàng )面能保持一定的濕度，即可防止細胞脫水，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度方面難以達到生物醫學(xué)材料所要求的統一，且易碎易溶，限制了其在生物醫學(xué)領(lǐng)域的應用。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(cháng)補短，能有效解決這一問(wèn)題。

　　共混膜的制備工藝相對復雜，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(zhù)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，純絲素膜的表面結構是均勻細密的，與其他材料共混交聯(lián)形成網(wǎng)格結構，經(jīng)乙醇不溶性處理后，大量易溶于水的物質(zhì)剔除，膜表面呈現一種凹凸不平的微孔形態(tài)，為水蒸氣的透過(guò)構建了通道。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(zhù)明膠比例的增加出現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(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)間內緊密結合形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )，使共混膜的力學(xué)性能，尤其是斷裂強度和斷裂伸長(cháng)率達到。但若繼續進(jìn)行乙醇不溶化處理，會(huì )導致共混膜中β—折疊結構的增加，而這種結構會(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)性能也呈現多樣性，需要通過(guò)具體實(shí)驗進(jìn)行研究分析。

4、結語(yǔ)

　　人造皮膚在當前臨床醫學(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(mǎn)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上，根據實(shí)際需要對其性能進(jìn)行調控，進(jìn)一步提高人造皮膚對各類(lèi)創(chuàng )口的愈合效果。

參考文獻：

[1] 王成傳，蒲志彪，劉洪斌等. 濕性療法創(chuàng )面不顯性失水的臨床研究(三)[J]. 中國燒傷創(chuàng )瘍雜志,1999(02).

[2]馬曉莉，姚子華，徐偉偉等. 多孔殼聚糖膜的制備及性能研究[J]. 功能高分子學(xué)報，2005(09):434-440.

[3]馬芳. 絲素/明膠共混膜制備工藝篩選及其結構與性能研究[D].山東：山東農業(yè)大學(xué)，2005：27-28.