水凝膠敷料透濕性與舒適性方面解析

近些年，創新驅動為醫用敷料的發展注入了新鮮血液，智能敷料成為敷料行業改革升級的重要支點。由于水凝膠敷料的眾多優點，其智能化革新吸引了眾多行業學者和技術人員的傾力研究。例如，麻省理工學院的工程師們設計了一種可監測創面溫度并將藥物緩釋到創口的智能水凝膠敷料，當藥物即將用盡時，敷料會發光提示。這種將溫度傳感器、LED燈以及微型藥物輸送儲庫、通道與傳統水凝膠敷料結合于一體的方式，反映了當前水凝膠敷料智能化革新的兩個方向：創面監測和藥物控釋。
1、創面監測
創面愈合，是一個復雜的生物學反應過程，在適宜的條件因素下，如環境濕度、PH值、溫度等，將會加速愈合速度，相反則會減慢愈合，甚至導致感染并呈現出特定的特點。
根據“濕性創面愈合”理論，濕性環形有利于免疫細胞尤其是白細胞功能增強，加快表皮細胞的遷移速度，創面在適宜的濕性環境下愈合速度是干性環境的一倍。此外，創面PH值也是愈合過程的一個影響因素。當創面環境PH值=5時，對細菌的抑制效果佳，升高后則逐漸有利于細菌的繁殖。所以保持創面微酸的環境可以降低被細菌感染的幾率。當創面被感染后，創面將會發生細微的變化，比如溫度升高，產生特殊氣味等。前人證實，保持創面溫度接近或恒定人體常溫37℃，細胞有絲分裂速度增加108%，同樣也有利于創面的快速愈合。
對于醫護人員而言，定期查看創面有利于他們了解創面的微環境以及創面是否感染，對于后續治療策略的制定尤為重要。但矛盾的是，頻繁的更換敷料會造成創面微環境溫濕度的波動，擾亂了正常的愈合，更大程度上增加了感染的風險。
基于此，水凝膠敷料的智能化革新的一個方向即“創面監測”，通過將功能各異的無線傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、PH值傳感器、氣味傳感器等，嵌入至水凝膠敷料中，在無需更換敷料的條件下，利用便攜智能設備實時監測患者的創面信息，了解創面環境是否適宜以及是否發生感染。在現代“云存貯”技術的加持下，創面愈合數據更為方便的實現了長期保存，有利于深層次創面愈合研究的開展。
2、藥物控釋
傳統藥物的釋放主要依靠藥物分子的自由擴散，與藥物濃度有密切關系。若能使藥物的釋放緩慢可控，對于延長藥物的半衰期，實現藥物定時、定量、定位釋放，減少給藥次數，降低更換敷料的頻次*。因此，“藥物控釋”成為水凝膠敷料智能化研究的另一個方向。
與“創面監測型水凝膠敷料”不同的是，“藥物控釋型水凝膠敷料”不是在外部結構上下功夫，而是基于水凝膠自身性能的延伸應用。這類水凝膠敷料對環境刺激如溫度、光、電場、磁場、PH值、應力等具有響應性，如凝膠變溶膠狀，收縮狀變為溶脹狀，發生體積的變化等。而且隨著刺激因素的可逆性變化，水凝膠的性狀變化也具有可逆性。
在這一原理的基礎上，一方面可以通過水凝膠“溶膠-凝膠”相的轉變控制藥物的釋放。例如，曾有研究人員在含有可光裂解的鄰硝基芐基的水凝膠內摻入近紅外響應型納米顆粒，當水凝膠受到近紅外照射時，這種納米顆粒將吸收的近紅外光轉化為紫外光，使得水凝膠發生“溶膠-凝膠”變化，進而釋放藥物成分。
另一方面，也可以利用水凝膠體積收縮實現藥物的控制釋放。以聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)類溫敏性水凝膠為例，西南交通大學張晏寧將仿貽貝材料聚多巴胺納米顆粒（PDA NPs）顆粒分散到N-異丙基丙烯酰胺（NIPAM）單體中，通過自由基聚合形成PDA/PNIPAM水凝膠。由于PDA顆粒在近紅外照射下的高效光熱轉化效應和聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)的溫敏特性，PDA/PNIPAM水凝膠在近紅外刺激下，內部結構坍塌，體積收縮，藥物成分發生脈沖性釋放。
標準集團（香港）有限公司是一家紡織測試儀器廠家，其工程師表示，性能要求上，粘性、舒適性以及透濕性仍然是智能化水凝膠敷料的性能控制重點，以保障人體在運動或靜止狀態下敷料的貼合穩固以及創面的適宜環境。由于“創面監測”型和“藥物控釋”型智能水凝膠敷料是在水凝膠敷料的外部和內部加以改進，故性能的變化更加難以把握，成為影響智能水凝膠敷料應用的難點之一。因此，在研究水凝膠敷料的智能化應用的同時，也不應忽略其關鍵性能的監測與研究。
目前，針對水凝膠敷料的性能控制可以參考中國醫藥行業標準YY/T 1293.4-2016《接觸性創面敷料 第4部分：水膠體敷料》，該標準規定了水凝膠敷料的外觀、尺寸、液體吸收量、阻水性、粘性、舒適性、酸堿度、重金屬、阻菌性、無菌、生物相容性等性能要求和試驗方法，已于2017年6月1日實施。
粘性，反映了水凝膠敷料與皮膚的緊密貼合的能力，在標準中，主要通過“持粘性”和“剝離強度”來表征。持粘性測試，是利用壓輥將試樣粘貼面與不銹鋼片表面部分接觸粘結，在試樣懸掛端按每厘米寬度0.8N（80g）的標準懸掛一砝碼，將其置于36℃~38℃熱空氣烘箱內30min，期間貼于不銹鋼板上的試樣的頂端下滑應不超過2.5mm。剝離強度測試，同樣是利用壓輥將試樣貼于不銹鋼板的清潔表面中央，利用智能電子拉力試驗機測試180°剝離試樣所需的力值，剝離速度為270mm/min~330mm/min。據標準要求，試樣每1cm寬度所需的平均力應不小于1N。
透濕性方面，目前并沒有針對水凝膠敷料的相關性能及試驗標準，一般可參照中國醫藥行業標準YY/T 0471.2-2004《接觸性創面敷料試驗方法 第2部分：透氣膜敷料水蒸氣透過率》進行試驗，其原理是通過稱重的方法，測量用試樣密封杯口的盛有水的透濕杯在一段時間前后的質量差來衡量試樣的水蒸氣透過性。視條件可采用全自動水蒸氣透過率測試儀器進行測試，也可以利用透濕杯、天平、濕度計、干燥箱等簡單試驗裝置開展試驗。
舒適性，反映了水凝膠敷料適應人體形狀和運動的能力。當敷料被用于關節等運動部位時，能否具有充分的運動自由度非常重要，當敷料易于伸展并能基本返回到原位時，能防止皮下剪切損傷，患者也會感覺舒適。因此，“可伸展性”和“變形”是舒適度的兩個表征指標。
具體測試方法為：裁取（25±0.5）mm寬的長條試樣，松弛300s。在樣品上做兩個間距為（100±10）mm的平行標記，使兩間距至兩端等距離。將樣品標記線外至兩端的部分夾持于智能電子拉力試驗機的上下夾頭內，以（300±10）mm/min的拉伸速度使樣品伸長20%。儀器自動記錄此時的大載荷。在此拉伸位置保持（60±1）s，取下樣品，松弛（300±15）s。重新測量樣品上兩標記間的距離。按照一下公式計算結果。
可伸展性（N/cm）=大載荷/2.5
變形（%）=（拉伸后兩標距間距離-拉伸前兩標距間的距離）/拉伸前兩標距間的距離×10O%。
水凝膠敷料，因其液體吸收性佳，生物相容性好，具有一定水蒸氣的透過性和良好的伸展性、粘性，能為創面提供良好的愈合環境，同時為患者帶來舒適的使用體驗，是目前具應用前景的“理想敷料”。隨著技術的發展，“創面監測”和“藥物控釋”等需求逐漸通過水凝膠敷料的功能革新而逐步實現，將水凝膠敷料推向了智能化的浪潮中。應當注意的是，粘性、舒適性以及透濕性等關鍵性能仍需重點加以控制。