《膜材料设计与应用》

《膜材料设计与应用》（精选8篇）

《膜材料设计与应用》 篇1

化学化工是国民经济的重要基础产业, 渗透到人们的衣、食、住、行等各个领域。现代材料学、环境学、生物学、电子和食品学等的发展与科技进步都与基础化学化工密不可分。基础化学化工类课程是高等工科院校最重要的基础课之一。北京工业大学化学工程与技术是北京市重点建设学科, 在学校“211”工程理、工交叉学科建设发展中具有重要的支撑作用。其中, 不断丰富和补充新的课程是实现跨越式学科发展的重要组成部分。作为一种新型高效化工分离单元, 膜分离技术近年来正在化工、环境、医药、食品、电子等行业的脱盐、超纯水制备、污水处理, 以及各种分离纯化过程中扮演着越来越重要的角色。基于膜分离技术的重要性, 很多理工科高校从2000年以后陆续在本科生和研究生单独增设了有关分离膜的课程。从2007年开始, 北京工业大学开始为应用化学与环境工程的研究生开设《膜材料设计与应用》专业选修课, 制定和实施了新的教学大纲。考虑到膜分离技术在一些普通院校本科阶段尚未独立设课, 以及部分应用化学与环境工程研究生的学科背景, 本课程主要涵盖了现有主要分离膜技术, 并重点从高分子膜材料设计、分析表征、膜科研及应用案例等方面展开。2008年学校专门对《膜材料设计与应用》研究生课程进行立项建设 (项目编号: ) , 现结合自己的教学工作和课程建设实践谈几点体会, 希望能为相关学科与课程建设提供一些借鉴与参考。

一、“三维一体”的课程建设内容和实践

膜材料设计与应用是一门新型边缘学科, 内涵非常丰富, 既涉及高分子化学与材料, 又涉及化工工艺设计与过程工程, 是一门理论与实践结合非常紧密的课程。因此, 我们与北京工业大学教育技术中心合作, 实现了PPT课件、Flash动画、案例录像的“三维一体”课程建设, 重点确定建设内容包括:

1.课件框架设计和规划

由授课教师、教育技术中心教师及相关研究生组成多媒体课件制作团队。在教学大纲的框架范围内, 同时广泛征求了选课研究生以及过往研究生对课程内容的有益建议。精心对课程内容进行分类、归纳, 设计出课件制作的框架结构, 明确职责和建设内容。

2.Flash动画制作

由于本课程涵盖的知识面非常宽, 有些知识又非常抽象。Flash动画可充分利用信息、图、文、声等的交互作用, 调动学生的各种感官, 充实教学容量, 提高课堂教学效果, 激发学生的学习积极性。例如, 在讲授胶团强化超滤过程时, 课程建设过程中将胶团形成过程及其与膜耦合分离制作成Flash动画, 这样更利于学生很好的理解这一过程。本次课程建设完成类似的Flash动画10余个。

3.科研及工程实例录像拍摄

作为一门应用型科学, 与科研及工程实例相结合能极大地激发研究生的科研和学习兴趣。本次课程建设中, 将有关教学内容与授课教师的科研和工程经历相结合, 对课题组的部分制膜和膜应用设备摄影录像, 制成短片和标准的操作程序。例如重点拍摄了干/湿相转化制膜过程, 使学生能够很清楚地看到高分子膜制备中, 高分子从液相转变为固相的全过程, 这样可提高课堂讲课和听课效果。此外, 对渗透汽化膜过程工艺的录像拍摄也可以让学生更准确地了解到渗透汽化操作标准程序和科研过程中应注意的一些细节。此外, 本次课程建设还到相关工厂或工程现场进行了实景录像和工程图片拍摄, 并剪辑成记录短片, 作为教师讲授和学生学习资源。本次课程建设完成大型反渗透装置装配、超滤大型设备、微滤中试过程等工程实例拍摄5个, 以此激发研究生对膜技术的科研和应用的兴趣, 使他们对自己的研究方向的前景存满信心。同时, 上述实例录像也能澄清研究生对膜技术术语和概念的理解。比如:很多学生对反渗透的工艺流程中“段”和“级”的概念模糊, 结合反渗透实例录像来介绍工艺设计, 提高了研究生的学习兴趣, 并能很快将“段”和“级”的概念牢固掌握。

二、网络课程教学建设及未来思考

当前高校教学改革的主要目标之一是要改变传统的以教师为中心的教学结构, 建构一种既能发挥教师的指导作用又能充分体现学生学习主体作用的新型教学结构。多媒体和网络技术由于能提供图文声像并茂的多种感官综合刺激, 能提供界面友好、形象直观的交互式学习环境 (这有利于激发学生的学习兴趣和进行协商会话、协作学习) , 还能按超文本、超链接方式组织管理学科知识和各种教学信息, 目前在Internet上按这种方式组织建构的知识库, 这不仅有利于学生的主动发现、主动探索, 还有利于发展联想思维和建立新旧知识之间的联系。

本次课程建设将建设成果上传到校内网作为学生的学习共享资源 (http://ets.bjut.edu.cn/kejian/index.htm) , 此外通过设置一些交互意境, 及时了解学生对本课程掌握程度及课程建设的改进意见。本次课程建设目标高标准化, 参照了国家精品课程和北京市精品课程的网络资源, 为今后申报精品课程奠定基础。网络课程建设重点设置了“课程介绍”“教师介绍”“教学大纲”、“授课教案”、“作业练习”、“参考书目”和“学生互动”等栏目。在“授课教案”栏目中还重点上传了授课教师近年来在国外SCI源期刊上发表的有关“聚电解质复合膜”和“膜法水处理”方向的一些研究实例, 为研究生开展自己的科研工作提供示范和参考。由于《膜材料设计与应用》课程的授课对象为应用化学与环境工程的研究生, 随着课程发展, 计划在今后可结合授课教师的科研经历, 再进一步增设“科研动向”、“技术新闻”等栏目。在上述栏目重点要体现技术发展的新动向。而且可以考虑与一些国内外膜主要机构及膜技术的主流网站相链接。如北美膜学会 (http://www.che.utexas.edu/nams/NAMSHP.html) , 欧洲膜学会 (http://www.ems.cict.fr/) 欧洲脱盐学会 (http://www.edsoc.com/) , 中国膜工业协会 (http://www.membranes.com.cn/) 和中国膜技术网 (http://www.mem-china.com/) 。这样使研究生在浏览课程网站的同时能够了解到更多与膜技术相关的知识, 了解膜技术的学科前沿, 拓展科研视野, 为今后从事膜技术的科研奠定基础。

总之, 北京工业大学研究生课程《膜材料设计与应用》在建设实施过程中取得了一些可喜的成果, 但也仅是一个起步阶段。随着膜分离技术在国家环境与能源领域重要性的体现, 高等学校课程体系将不断更新与发展, 《膜材料设计与应用》课程建设还需要与时俱进, 希望能与兄弟院校一道迎来膜技术和化工课程群发展的更大空间。

摘要：北京工业大学研究生课程《膜材料设计与应用》在建设实施过程中取得了一些可喜的成果, 但也仅是一个起步阶段。随着膜分离技术在国家环境与能源领域重要性的体现, 高等学校课程体系将不断更新与发展, 《膜材料设计与应用》课程建设还需要与时俱进, 希望能与兄弟院校一道迎来膜技术和化工课程群发展的更大空间。

关键词：《膜材料设计与应用》,建设实践,思考

参考文献

[1]张国俊, 纪树兰.《膜分离技术》课程特色与建设思考.教学交流, 2008, (5) :35.37.

[2]李银芳.高校精品课程建设中应注意的几个问题.中国高教研究, 2007, (1) :91-93.

浅析环保包装与材料的设计应用 篇2

关键词：包装设计；环保；可持续

中图分类号：TB482 文献标识码：A 文章编号：1672-8882（2015）04-019-01

包装作为一门综合性极强的学科，它会有时代的特性，会跟随时代生产力的发展，社会的进步和科技的更新而逐渐演变。如今，经济发展的速度使我国综合国力越来越强，而环境却变得越来越糟糕。中国现正以牺牲环境和资源为代价来换取经济的发展。包装作为一门与人们生活息息相关的实用性美术有义务去重新思考包装设计，让包装带着新时代的符号来迎合这个时代的需求。

一、包装材料绿色环保

绿色环保的包装材料应该首当其冲的成为包装设计新符号。随着人们素质的提高，已经有越来越多有社会责任感的企业和设计师渐渐注重到环保包装的研究上来。柚子在泰国是一种十分畅销的水果，由于销量惊人每天消耗的塑料袋会给环境造成严重破坏，为了解决这一问题，名为Yod Corporation的设计公司巧妙的利用了当地十分常见而又不知如何处置的水生植物叶片，经过一番当地人十分擅长的简单编织将柚子变得可以直接提拿。植物的叶片可以自然分解，因此不会对环境造成任何影响。同时当人们握住叶片包装的那一刻，就能事先从触觉上感受到柚子的新鲜。这种利用自然物包裹提拿物品早在远古时期就被人运用，因此是在像古人学习。

绿色环保的包装材料不仅是指这种原始的植物包装，更多的是将植物进行加工后生成的可降解的纸质包装。美国第一有机品牌Organic Valley的牛奶包装，就是一款用牛所食用的草进行加工后所制成的包装材料。它不仅在材料运用上绿色环保利于回收，还能从侧面传达出整个品牌的绿色健康。利用无用或枯萎的植物进行加工处理后所生成的环保材料，是一个非常伟大的环保事业。

二、巧妙的包装结构能减少成本的设计

包装设计中运用最多的材料就是纸质的运用，因为它方便环保，可操作的空间大。所以怎样在纸质包装结构上去巧妙组合来减少纸质的应用，那也是一项了不起的举措。一款名叫CUP.FEE的速溶咖啡包装就做到了这一点，它使用能再生的防水牛皮纸制作，沿虚线撕下封口条并展开包装就能立即变成为一个咖啡杯，此时只需倒入热水，并用撕下的纸条作为搅拌棒来将咖啡搅匀即可立即享用，巧妙的将环保与便捷于一身，将包装本身与使用过程同化起来，减少了纸杯的利用，也使整个品尝咖啡的过程都显得格外优雅。这种利用包装某一部分来帮助完成使用的设计理念也可以被利用在各种需要借助工具才能较好使用的包装之中，如洗衣粉和酸奶的包装。

三、商品使用完后包装的再次利用

真正最贴切的做到可持续发展的包装设计是在商品使用完后，包装仍有使用价值。这需要一个有前瞻性的设计师对产品进行综合考量，赋予包装第二次生命。

红酒作为一种很有情调的酒类，经常会使用精美的盒子来配合营造出高雅的气质。而盒子在红酒喝完以后被丢弃无疑不是一种资源上的浪费。所以聪明的设计师设计出一款Cavallum Wine Lamp的红酒包装，使包装既能保护红酒展现品味，又能成为一盏落地灯具。设計师将可再生的硬纸板卡套设计为时尚的细线镂空样式，不仅好看还能成为透出光线的灯罩。节能灯泡等电线插头隐藏在红酒盒底座，当拿出酒瓶后，把灯泡安装在底座孔洞上，并罩上有镂空线条的包装盒卡套。一个全新的灯具就这样神奇的诞生了。人们在品尝红酒的时候，点上它的配套灯具，幽静的灯光更为品尝红酒增添了情调。这种包装设计无疑真正的做到了可持续性的设计。

四、商品信息的线上转移

我们现处于移动互联网时代，很多智能终端设备已经越来越多的参与到包装设计中来，这不仅是符合人们使用智能手机的习惯，还是一种能很好的帮助环保的设计应用。只要进入相关应用将智能手机镜头对准包装就能在手机屏幕上出现商品的相关信息，这种技术已经在欧美等国家有应用，虽然还没有被普及，但是这样的技术一定会是未来包装发展的趋势。试想如果有一天，所有人都拥有一部智能手机，全球每一个角落都被移动网络覆盖。那商品信息完全可以更多的转移到线上通过人们的镜头扫描出来。这样可以使包装材料最大程度上的减少，舍去以往为了传达商品信息或视觉上吸引眼球而占去的较多包装空间。

五、能解决商品使用所产生的垃圾

商品使用后都会或多或少的产生生活垃圾，像瓜子、口香糖这种不可抗拒产生丢弃物的食品，能方便处理垃圾的包装就显得十分必要了。国外设计师此时就为口香糖设计出一款环保型的包装，在圆柱形瓶子的底部外围设计出一圈能撕下的纸条，当人们在食用完口香糖时，直接将口香糖黏在纸上包好撕下后即可塞进瓶底底部，最后再将全部食用完后的瓶子丢弃。这样的一个设计，解决了像口香糖这种特殊食品所带来的环境困扰。

我们每一个设计师都应该有义务通过设计来为我们的环境做一些事情，当一个厂家在设计包装时不仅是考虑怎样来促进他的产品销售，还考虑到包装对环境的危害问题。他就是一个有良知和社会责任心的企业家。我们的社会需要这样的设计师和企业家来共同为我们的生存环境负责。环保理念的包装设计为我们的包装事业注入了新的生命，这也将是包装发展的新趋势。

参考文献：

[1]成朝晖.平面港-包装设计[M].杭州：中国美术学院出版社，2004（4）.

《膜材料设计与应用》 篇3

一、土工膜性质

㈠物理力学性能土工膜和土工织物大多数物理力学特性相同, 但土工膜的延伸率比土工织物大, 可达到200%~700%, 一般情况下抗拉强度在30kg/m~115kg/m范围间。

㈡抗渗性土工膜最主要的特性是抗渗性强, 其渗透系数极小, 一般在10-10~10-9。

㈢老化特性土工膜受到紫外线的辐射和高温低温的影响后容易老化。

二、复合土工膜处理坝体渗漏的使用条件

利用土工膜进行水库防渗时水库必须放空, 待地基和坝体沉降稳定、固结完成后才能铺设复合土工膜。

三、土工膜防渗设计

㈠整平层对需要防渗的坝基、坝体要夯实, 边坡削平至稳定。

㈡砂砾石排水垫层砂砾石排水垫层设置在整平层上, 其作用是在水流作用下不产生内部冲蚀, 并起到排水、排气作用, 要求粗砂粒径在6mm以下, 厚度为10cm以上。

㈢土工膜层土工膜层布置在砂砾石排水垫层之上, 接触层之下。

㈣接触层接触层设置于土工膜上面, 其作用是保护土工膜不被破坏, 接触层可选用透水性较强的砂料, 厚度大于10cm, 也可选用无纺布做接触层, 最好不选用粘性土。

㈤保护层保护层用以保护土工膜不受机械作用、人为破坏和紫外线照射而引起材料应力破坏。保护层可选用干砌石、浆砌石或混凝土板。

四、土工膜的选型

㈠土工膜的幅度选择土工膜应尽量选择宽幅的, 以减少拼接现象, 从而减少人为的渗漏通道。

㈡土工膜的厚度选择土工膜的厚度与水头有关, 根据规定:承受30m以下的水头可选用加筋聚合物土工膜, 厚度为0.3mm~0.6mm。

五、土工膜与周边的连接

土工膜与周边的连接至关重要, 直接影响防渗效果, 一般采用混凝土锚固槽连接。土工膜与坝顶的连接是在坝顶浇注混凝土底板或用粘土锚固槽, 土工膜与坝底的连接是在坝底部位浇注混凝土锚固槽。

六、复合土工膜的施工

㈠整坡将坡面整理成设计坡比, 清理一切尖角杂物, 做好排渗设施, 纵沟要有一定的坡比, 以便于积水排除。

㈡土工膜铺设土工膜铺设时间应选择在干燥暖和的天气进行, 铺设时不能过紧, 要留有足够的余幅 (约30%) , 以便于拼接和适应气候的变化。铺设时自上而下, 先中间后两边。

㈢焊缝检测土工膜焊接好后应进行接缝检测, 其检测方法有目测法和充气法。为了防止漏焊, 应对焊缝进行编号记录, 随焊随检。

㈣拼接的选择拼接的方法有两种。一是粘接法, 由于一般粘接剂都有残毒, 且粘接要有固化时间, 若粘接剂上有尘土粘附则影响粘接效果。二是焊接法, 先在施工前进行试焊, 试焊后的样品要送有资质的检测单位测试焊缝抗拉强度及延伸率, 看是否满足设计要求, 同时对焊缝测漏;最后选择一个合适的焊接温度和焊接速度。

㈤其他注意事项土工膜铺设时严禁施工人员吸烟和穿带钉的鞋子;土工膜铺设后要及时进行上覆保护层。

(责任编辑张顺全)

摘要：通过对临泽县病险水库施工建设, 分析了当前土工膜在小型水库中的应用, 提出了土工膜在小型水库防渗的设计与应用。

《膜材料设计与应用》 篇4

本案位于杭州市西郊, 地处余杭区闲林镇民丰村, 东邻华丰村, 西与余杭镇沈家店村相接, 南面是连绵的青山, 北面是闲林镇规划的三仟亩湿地保护区。全村总面积3.5平方公里, 有18个村民小组, 共715户, 总人口2709人。2007年人均收入达10500元, 村内有集娱乐、棋牌、餐饮、住宿于一体的三星级闲林宾馆。

闲林镇民丰村北面湿地内河流和水塘密集交织, 河道、水塘、潭池、沼泽、滩涂、岛屿等构成独特的水域生态景观, 陆地较平坦, 上面分布着柿、桑、竹、芦、荻等植物。近20年来, 当地居民圈水养鱼, 围荡造田、办厂建屋, 湿地大量水域随着城市化趋势的演进而迅速消失。目前湿地内部分河道淤塞, 水质较差, 生态功能日渐丧失;湿地内违章建筑随处可见, 湿地优美的自然景观随着大量的人类活动正在逐步消失。

2 设计分析

2.1 总体设计

设计以平衡生态为原则, 利用现有科技元素, 结合杭州本地发展现状, 提出了以环保为主题的观光体验乡村游的新型观光模式。同时根据村民现有的生产方式, 衍生出一套完整的乡村体验游, 在满足村民基本生产生活的基础上加以再利用, 部分开发出供观光人群体验的生态农田及利用当地得天独厚的地理资源优势, 对湿地的生态性加以恢复, 并有序地结合, 开发垂钓、捕捞体验等多种健康环保的旅游项目。

2.2 设计理念

(1) 以绿色为主题的生活方式, 注重健康, 人与自然的和谐统一; (2) 还原湿地的“药用价值”以湿地的生态性为基础开发再利用; (3) 提倡环保、节能、减排的新型旅游体验, 创造出一片无污染的极乐净土。

2.3 设计亮点

针对杭州市现阶段的整治措施, 项目中运用了本市日渐成熟的自行车租赁系统, 以及结合电瓶车观光游等多种环保措施来保护我们赖以生存的自然生态环境。同时运用现代科技元素结合本地现状, 设计新型环保公共设施, 在有效利用当地资源融合当地环境的前提下, 能够改善当地经济结构发展模式, 提升经济效益, 又能让游客有一次全新的体验。

3 环保概念在本次设计中融入了现代科技

经过反复的实地考察, 冷静地分析思考, 合理的计划规划, 应运而生了以科技促环保, 推动新农村经济体制改革与发展的新战略思想目标, 结合当地优越的自然条件, 以保护为主, 开发为辅的设计方针, 对天然湿地进行恢复, 开发部分环保公共设施, 保护自然生态环境, 合理利用当地资源, 促进农村经济发展。

3.1 景观与环境的融合

景观诞生于环境中, 同时环境反作用于景观, 二者息息相关, 密不可分。由此, 设计联想到了仿生学, 任何人类的想象或是创造, 都是缘于对现实生活的再理解。不管以任何形式, 任何表现方式, 人所获得的美感一定是以自然为基准, 也就是所说的自然形态的物体所呈现在眼前的, 往往是最美的一种感官上的刺激。

3.2 圆叶膜景观廊架是现代科技与环保的共同体

首先, 圆叶膜景观廊架的造型来源于自然植物, 如荷叶, 荷叶的造型美观, 清新, 富有生机, 功能更是不言而喻, 如果能够应用于设计中, 肯定会带给人们精神感官上的愉悦。结合荷叶的功能特点, 从实际用途出发, 设计成为中心景观的亮点, 是一个人们可以放松, 休憩, 赏玩的公共空间。是游客驻足的理想场所, 是当地居民的标志性设施, 同时也是现代科技下的环保产品, 经济发展的动力源泉。

(1) 圆叶膜景观廊架的环保功能分析:位于中心区块的圆叶膜新型景观廊架是现代科技与艺术完美结合的产物, 集合了遮阳太阳能吸收, 隔热膜, 座椅, 信息屏等多种功能。外围的膜结构采用了与水立方一样的ETFE (四氟乙烯) 新型环保节能的膜材料。

(2) 保温隔热:在“圆叶膜”外层气枕的内层膜和内层气枕的外层膜上, 镀有上亿个密度不等的镀点以控制膜的透光度, 解决了阳光直射的问题, 这样就减少了阳光带来的热量, 不会使廊架下的温度太高。

(3) 会“呼吸”:“圆叶膜”的顶部及两层膜结构的中间底下开口都设有自然排风的风机, 相当于设置了8个自然通风口, 空气进来, 通过顶部的空腔出去, 这样就把底部空间中的热量散发出去。

(4) 节能每天自然光照9个小时以上:“圆叶膜”外层气枕的内层膜和内层气枕的外层膜上都镀着密度不等的小镀点, 以控制膜的透光度, 减少阳光带来的热量, 以免内部空间温度过高。透过的阳光在内部空间会形成舒适的温室效应, 保持温暖, 能节省约30%的能源。

周围还设有环保型的垃圾箱, 公共厕所自行车租赁等配套服务设施, 廊架内置LED等能随温度的变化而发出不同的颜色, 廊架下的圆形支柱具有电子显示屏, 能够显示温度, 湿度及宣传一些环保理念, 周围配置了景观小叠水, 丰富了有人赏玩的乐趣。无论是在晴天, 或者是雨天, 廊架就像荷叶一样时时刻刻能够给你带来新鲜, 快乐的体验。

(5) 圆叶膜景观廊架灯光照明分析:灯光照明的电力支持由太阳能提供, 中心区位的圆叶膜不仅能有效吸收太阳能提供的能量, 同时也能够起到照明的作用, 周边布置了景观灯, 营造氛围, 道路两旁配置了灯柱, 整个照明系统可以说是自给自足, 健康有序地利用资源, 给生态环境的健康发展注入一股鲜活的血液。

3.3 环保概念与旅游规划的有机结合

新型的旅游发展模式是强调健康, 环保, 无污染, 洁净, 资源的合理利用与再开发。自行车和电瓶观光车的设置特别强调了这一原则。对于设计地块现状做了详细的考察后发现, 汽车对湿地自然生态环境的污染过于严重, 同时道路的宽度有限, 要符合一些中型旅游车的道路标准又需要过渡的道路开发, 严重破坏了湿地自然的生态环境。自行车的设置不仅解决了这一复杂繁琐的问题, 同时也给人们的出游增添了一份乐趣。让平时工作繁忙又缺少锻炼的上班族得到一个健康的生活方式, 在旅游的过程中享受健康, 享受生活。

4 结语

从设计的角度来讲, 圆叶膜景观廊架是为了体现一种融入生态, 融入自然环境的一种理念, 同时也是从环境中汲取自然精华, 加以提炼而成的产物, 环境与人的作用与反作用是具有某种很神秘的关联, 人们思维的发散或者大胆的想象与创造, 也许都是来源于对客观事物的分析, 理解。人需要融入环境, 同样的, 任何一种事物都需要融入它周边的环境中去, 只有这样, 事物才得以延续下去, 我们人类才能够生存下去。所以圆叶膜的设计虽然以现代科技为主要支持但同时, 也是对生态环境的一种再理解。

摘要：近几年来, 杭州市深入推进生态建设, 着力建设生态文明, 加大污染减排力度, 深化环境污染整治, 努力改善环境质量。给人们的生活增添一道健康的屏障。可见环境保护与人类的发展密不可分。

关键词：新农村,环境保护,生态建设

参考文献

[1]陈久和.杭州西溪国家湿地公园生态旅游景观绿色设计[J].地域研究与开发, 2006, 25 (5) .

《膜材料设计与应用》 篇5

目前,临床上常用的高分子生物膜主要分为可吸收膜和不可吸收膜两类,可以根据需求进行不同的选择。口腔修复膜材料的不同,对种植的成功率、修复的效果以及术后不良反应的发生率也有一定的影响[2]。近年来,本院口腔科在口腔种植引导骨再生术中采用海奥口腔修复膜,临床效果良好,现将研究结果报告如下。

1对象与方法

1.1临床资料2014年1月至2015年6月,我院口腔科共收治单颗牙缺失的种植术区骨缺损患者82例,其中男性37例(45.3%)、女性45例(54.7%);年龄20~55岁,平均年龄37.5岁。观察组患者50例,牙齿缺失情况为:前牙19颗(38.6%),前磨牙10颗(20.0%),磨牙21颗(41.4%);对照组患者32例,牙齿缺失情况为:前牙14颗(43.7%),前磨牙6颗(18.8%),磨牙12颗(37.5%)。所有患者均排除严重心、肝、肾及其他系统性疾病患者,排除近期急慢性感染患者。本研究已由本院伦理委员会审批同意,所有患者均知情同意。

1.2方法两组患者的牙种植引导骨再生术使用的常规材料(Bio-Oss小牛骨粉和法国安多健骨水平种植体)、仪器(10分度游标卡尺)以及基本手术步骤均一致,按照常规的手术方法,将Bio-Oss小牛骨粉用生理盐水浸湿,然后将骨粉置于种植体侧骨的缺损区域。根据患者的牙骨缺损创面的大小和形状以及牙齿缺失情况,剪取对应大小的口腔修复膜放在植骨区域进行引导骨再生。观察组患者使用海奥口腔修复膜(烟台正海生物技术有限公司,中国),对照组患者采用Bio-Guide胶原膜(猪源,盖世制药,瑞士),要求剪取的口腔修复膜大小要能在放置好后覆盖边缘处2.0~3.0 cm[1],软组织瓣充分松弛之后,采用4-0丝线进行间断缝合,关闭创口。

1.3观察指标采用10分度游标卡尺分别对两组患者1周植骨厚度、骨厚度等指标进行精准测量,并比较其不良反应的发生率、种植成功率等指标。

1.4统计学处理利用SPSS 19.0软件包进行统计学分析,计数资料对比采用χ2检验,计量资料对比采用独立样本t检验,以P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

2.1一般资料两组患者在性别、年龄、牙齿缺失情况等方面无差异(P>0.05)。

2.2骨量的比较对比两组患者1周骨厚度和植骨厚度两项指标发现,观察组高于对照组(P<0.05),见表1。

2.3疗效评价两组患者的种植成功率分别为94.8%和86.1%,不良反应发生率分别为2.81%和7.47%,其中,观察组出现面部肿胀1例,对照组伤口裂开1例,面部肿胀3例,两组患者的种植成功率和不良反应发生率有差异(P<0.05)。

3讨论

GBR技术是一种针对骨的引导组织再生技术,其原理是利用不同组织细胞间迁移速度的差异,即上皮细胞和成纤维细胞迁移速度较快,成骨细胞迁移速度较慢,将屏障膜置于骨缺损处,创造一个相对封闭、利于骨组织生长的环境。口腔屏障膜在软组织和骨缺损之间建立了一个机械性的生物屏障,阻止迁移速度较快的牙龈结缔组织和上皮细胞进入骨缺损区,允许有潜在生长能力、迁移速度较慢的成骨细胞优先进入骨缺损区,同时保护血凝块,减缓覆盖组织的压力,在屏蔽膜下和种植体表面形成骨组织生长的空间,实现缺损区的骨组织修复性再生。屏障膜在引导骨再生的过程中起着非常重要的作用,因此,这一技术也被称为膜引导技术或膜引导骨再生技术[3]。Llambés等[4]应用GBR技术后发现,运用该技术后患者具有良好的远期修复效果,在Ⅰ期和Ⅱ期种植手术间隔的4~6个月中可获得平均3 mm的骨量,在新生骨区域可观察到骨小梁结构。

海奥口腔修复膜是一种可吸收性胶原膜,降解时间长,且降解产物无细胞毒性。因其具有良好的细胞隔离功能和稳定血凝块的性能,能够与软组织紧密接触,有效维持生长空间,与骨组织接触区的孔隙可将血液引入植骨区,使新生骨组织贴合在生物膜上,进而使新生骨与自体骨紧密结合,同时还能够避免免疫排斥反应的发生[5]。本研究通过对比海奥口腔修复膜和Bio-Guide胶原膜促进缺损区再植成骨的情况发现,观察组的成功率高于对照组。GBR术后1周,观察组的骨厚度和植骨厚度均高于对照组。观察组不良反应低于对照组。

由此可见,在进行牙种植引导骨再生术的过程中,选用海奥口腔修复膜再生效果好,手术成功率高,不良反应发生率低,值得在临床中推广应用。

摘要：目的:观察口腔修复膜材料在牙种植引导骨再生中的安全性及有效性。方法:选择2014年1月至2015年6月收治的种植术区存在的骨缺损患者82例,均为单颗牙缺失,按照随机数字表法将患者分为观察组和对照组,分别采用海奥口腔修复膜和Bio-Guide胶原膜行引导性骨再生技术修复骨缺损;骨移植物均为Bio-Oss小牛骨粉。术后1周进行临床检查,观察两组患者的骨增量,种植成功率,并对两组患者的治疗安全性进行评价。结果:观察组患者种植成功率为94.8%,高于对照组患者的86.1%(P<0.05)。观察组1周的骨厚度和植骨厚度均高于对照组(P<0.05)。观察组不良反应发生率为2.81%,低于对照组的7.47%(P<0.05)。结论:海奥口腔修复膜在牙种植引导骨再生中效果良好,种植成功率高,能够有效地引导骨再生,重建牙槽骨外形,值得在临床进一步推广应用。

关键词：种植,骨缺损,引导骨再生,口腔修复膜

参考文献

[1]林俊生,钟真珍,蒋昊,等.口腔修复膜材料在牙种植中引导骨再生的临床效果观察[J].中外医学研究,2013,11(16):20-21.

[2]王杏松.口腔修复膜材料在牙种植中引导骨再生中的应用分析[J].中国医药指南,2014,12(4):172-173.

[3]谢苗苗,赵保东,王维英,等.口腔修复膜材料在牙种植中引导骨再生的效应[J].中国组织工程研究与临床康复,2010,14(16):2911-2915.

[4]Llambés F,Silvestre FJ,Caffesse R.Vertical guided bone regeneration with bioabsorbable barriers[J].J Periodontol,2007,78(10):2036-2042.

《膜材料设计与应用》 篇6

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择本院口腔科2013年1月-2014年1月期间行牙种植再生的106例患者, 均有1颗牙缺失。106例患者按照随机数字对照表法平均分为两组, 研究组53例, 其中男31例, 女22例, 年龄18~74岁, 平均 (40.5±11.7) 岁, 磨牙26颗, 前牙15颗, 前磨牙12颗;对照组53例, 其中男29例, 女24例, 年龄17~76岁, 平均 (41.8±12.4) 岁, 磨牙25颗, 前牙17颗, 前磨牙11颗。合并严重肝肾功能不全、凝血功能障碍、近期有急慢性感染等患者均已排除在外。两组患者在年龄、性别、缺损位置等一般资料方面比较差异均无统计学意义 (P>0.05) , 具有可比性。

1.2 方法

对照组采用钛膜引导骨再生, 研究组采用海奥口腔修复膜引导骨再生。两组患者均按照常规手术操作步骤进行, 将Bio-Oss骨粉用生理盐水浸湿, 然后将Xive螺纹根状种植体 (生产厂家:德国Friadent公司) 和Bio-Oss骨粉 (生产厂家:美国欧司海斯公司) 放在骨损位置。根据缺损创面大小和形状, 对照组剪取大小和形状合适的钛膜置于植骨区域, 研究组剪取大小和形状合适的海奥口腔修复膜置于植骨区域, 引导缺损骨再生。两组均在放置好的边缘处覆盖2.0~3.0 mm, 最后缝合, 将创口关闭。观察两组修复成功率及1周骨厚度、植骨厚度, 并评价安全性。

1.3观察指标

(1) 修复成功例数及修复成功率:种植体稳定性良好, 新生骨长出, 且与自体骨结合成功视为修复成功。 (2) 1周骨厚度、植骨厚度:测量时用10分度游标卡尺。 (3) 不良反应发生情况。

1.4 统计学处理

全部数据应用SPSS 17.0软件分析, 其中计数资料采用X2检验;计量资料用 (±s) 表示, 组间比较采用t检验, 以P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组修复成功例数及成功率

研究组修复成功50例, 修复成功率为94.3%;对照组修复成功44例, 修复成功率为83.0%, 研究组修复成功率明显高于对照组, 差异有统计学意义 (X2=4.383, P<0.05) 。

2.2 两组1周骨厚度、植骨厚度

研究组患者1周骨厚度和植骨厚度 (2.615±0.513) mm、 (2.438±0.479) mm, 均显著高于对照组, 差异有统计学意义 (P<0.05) 。见表1。

mm

2.3 不良反应发生情况

研究组有1例面部肿胀, 1例伤口开裂, 不良反应发生率为3.8%;对照组有4例面部肿胀, 3例伤口开裂, 不良反应发生率为13.2%, 两组不良反应发生率比较差异有统计学意义 (P<0.05) 。

3 讨论

牙齿种植又称为“人工牙齿种植”, 是一种运用现代医学技术, 将与机体骨质兼容性高的特殊材料经过处理设计, 制造成与人体牙根相符合的形态, 并植入缺牙区牙槽骨内的新技术[3,4,5]。经过一段时间, 人工牙根会与周围骨质紧密结合, 然后制作烤瓷牙冠进行修复, 从而完成整个牙齿种植过程。牙齿种植技术现已广泛用于临床, 并取得了不错的效果。

研究显示, 由于多数患者存在骨量不足的现象, 因此在牙齿种植过程中不可避免的出现了问题, 如侧方穿孔, 大大影响了种植成功率[6,7,8]。随着相关技术的发展, 引导性骨再生技术广泛用于临床, 并很好地解决了上述问题。引导骨再生技术是根据组织细胞迁移速度不同的特点, 将屏障膜放于骨缺损和软组织之间, 制造出适合骨组织生长的环境[9,10]。屏障膜材料的性能是决定引导骨再生技术能否成功的关键。钛膜是以往临床上常用的屏障膜, 但由于其不可吸收性, 机体血液营养成分很难进入植骨区, 这就大大影响了后期康复。海奥口腔修复膜是一种双层胶原膜, 具有可吸收性、可降解性。较传统钛膜相比, 其能够在一定时间内降解, 同时其降解产物没有细胞毒性, 不会对机体产生重大影响, 现已广泛用来修复口腔黏膜和软组织[11,12,13,14]。其具有很好的细胞隔离功能及血凝块稳定功能。海奥口腔修复膜能够使新生骨组织贴附到生物膜上, 不会诱发宿主免疫排斥反应, 且它与软组织接触的致密层能够维持稳定的空间, 有利于细胞进行缺损区域促进植骨的生长, 与骨组织接触的多孔层能够将适量的血液血浆放入植骨生长区域, 从而能够很好地实现新生骨与自体骨的紧密结合[15,16,17,18]。本研究结果显示, 研究组修复成功率为94.3%, 明显高于对照组的83.0%;研究组患者1周骨厚度和植骨厚度均显著高于对照组;同时, 研究组不良反应发生率为3.8%, 明显低于对照组的13.2%, 差异均有统计学意义 (P<0.05) 。这就说明, 海奥口腔修复膜相对于传统钛膜能更好地修复骨缺损, 促进新生骨与自体骨的紧密结合, 促进骨组织再生发育, 同时能够避免排斥反应, 大大减少降低了不良反应发生率。

可降解共混膜材料的制备与表征 篇7

本实验采用PVA与自制取代度不同的酯化改性淀粉共混,采用流延法成膜,制备了SA/PVA共混膜。以膜的力学性能为目标函数,采用单因素分析和正交试验,优化出制备不同用途的淀粉基塑料膜的反应条件。

1 实验部分

1.1 原料

玉米淀粉、聚乙烯醇(PVA)、甘油、酯化淀粉(SA)(实验室前期自制),以上试剂除玉米淀粉、酯化淀粉(SA)外均为分析纯。

1.2 设备

数显磁力搅拌加热器(JDM-2000型),江苏金坛恒丰仪器制造有限公司;微机控制电子万能实验机(WDT-I-20型),深圳市凯强利实验仪器有限公司;厚度测定仪(ZUS-4型),长春市小型实验机厂。

1.3 膜材料制备

1.3.1 PVA固体絮状物的溶解

室温下,称量4g PVA絮状物,缓慢加入100mL装有蒸馏水的烧瓶中,搅拌,静置约0.5h,水浴搅拌,升温至95℃,恒温1h。待PVA充分溶解,溶液变得透明澄清,停止加热,冷却,装瓶备用。

1.3.2 SA与PVA流延成膜

先称量一定质量SA,配制成均匀的淀粉乳,65℃ 以上搅拌加热,保持0.5h,形成淀粉糊。量取一定量PVA溶液,加至已经调好反应温度(大于65℃)的淀粉糊中,反应一定时间后制成铸膜液。将一定质量的铸膜液在有机塑料板上流延成膜,放于干燥箱中,75℃烘干1.5h,揭膜保存。

1.3.3 膜性能测试

(1)拉伸强度和断裂伸长率的测量:拉伸强度和断裂伸长率测试采用GB/T 1040—2006。将塑料膜剪裁成宽度15mm、长度150mm的样品。于万能实验机上,测量拉伸强度和断裂伸长率。每个样品测量5次,取平均值。

(2)采用土埋法考察SA/PVA共混膜的降解性。将制备好的淀粉基塑料膜剪裁成3cm×3cm的试样,依次标记序号。放置于25℃恒温干燥箱中干燥至恒重,记录m0。处理后的试样埋于土壤中,一定时间内将试样取出,快速用蒸馏水冲洗样品,置于恒温干燥箱中干燥至恒重,记录m。共混膜的降解率作为其降解性的评价指标。

2 结果与讨论

2.1 反应条件对SA/PVA共混膜的力学性能影响

2.1.1 反应物的质量比对SA/PVA共混膜力学性能的影响

图1是反应物的质量比对SA/PVA共混膜的力学性能的影响。由图1可见,随着SA∶PVA(质量比,下同)值的增加,膜的拉伸强度和断裂伸长率降低,即其力学性能变差。原因是淀粉内部存在着多个局部结晶区,每个结晶区之间分散不均,导致高分子化合物成膜后,膜内受力不均,出现容易脆裂的特征。PVA具有较好的成膜性,添加PVA比例的提高,可大幅度的提高共混膜的拉伸强度和断裂伸长率。这是由于PVA含有大量的烯醇式结构,暴露在外面的羟基与淀粉和SA中的羟基缔合在一起形成了新的氢键,对共混膜的力学性能有很大的贡献;另一方面,新的氢键的形成还打破了原淀粉及SA以及PVA分子内部的氢键作用,改善原淀粉和SA的成膜性能。实验条件下,PVA的加入比例小于60%。

2.1.2 反应温度对SA/PVA共混膜力学性能的影响

反应温度对共混膜力学性能的影响如图2所示。由图2可见,膜的拉伸强度和断裂伸长率均随着温度的升高先增大后减小,在80℃时达到最大值,继而大幅度下降。因此应在有效的温度范围内使二者共混。

2.1.3 反应时间对SA/PVA共混膜力学性能的影响

反应时间是SA糊和PVA溶液在容器中共混的时间。不同反应时间下共混膜的力学性能如图3 所示。由图3 可见,拉伸强度和断裂伸长率随着反应时间的延长而升高。2h后增加幅度趋缓。这是因为反应物之间旧键断裂与新键形成需要一定时间,即较长的时间有利于分子间形成有效碰撞。

2.1.4 以力学性能作为目标函数的正交试验

在单变量实验的基础上,设计3因素、3水平的L9(34)正交试验,对制备SA/PVA共混膜的最佳工艺条件进行优化(见表1—表4)。3个因素分别为:反应物质量比(SA/PVA)A,反应温度B(℃)和反应时间C(h),目标函数为膜的拉伸强度(MPa)和断裂伸长率(%)。

从正交试验结果R值可见,对膜拉伸强度和断裂伸长率的影响因素由大到小依次为:反应物质量比、反应温度、反应时间。反应物质量比(SA/PVA)对共混膜的拉伸强度和断裂伸长率影响最显著。制备共混膜的最佳反应条件应选取K1、K2和K3中最大值,即反应条件为A3B2C3。

反应的最佳水平组合为A3B2C3,不包含在所设计的9组试验中,在最佳水平组合条件下进行实验,所制备膜的拉伸强度为39.2MPa,断裂伸长率为4.26%,均大于正交试验设计的9组数值。

2.2 共混膜降解性的研究

2.2.1 SA/PVA共混膜的降解率变化曲线

图4显示了不同共混膜的降解率随时间的变化情况。随着时间的延长,共混膜的降解率不断提高。埋在土中的共混膜发生了一定程度的降解,膜的整体性变差。对于SA/PVA和取代度(DS)=0.09、0.35的3条曲线代表的共混膜,分别在第40、50和60d基本上难以从土中取样了,视作膜基本上在土壤中完全降解。对于ST/PVA共混膜,由于淀粉和PVA良好的降解性,其共混膜在较短的时间达到了较高的降解率。对于SA/PVA(DS=0.09)、SA/PVA(DS=0.35)共混膜,由于引入了乙酰基,淀粉的天然结构被打破,降解性也随之减弱,并且随着SA的DS提高,相应膜的降解性变差。SA/PVA(DS=0.35,10%甘油)是添加10%甘油的共混膜,相比于其他3种膜,它的降解性最差,只达到50d降解率50% 左右。由于甘油的塑化效果较强,大量羟基的引入,产生了较多的氢键,提高了二者的相容性,降解性能较差。

2.3 共混膜的DSC分析

图5、图6 和图7 分别代表ST/PVA和DS为0.09 和0.35的SA所制备共混膜的DSC曲线。 由图5 可见:在115.2℃时,存在吸热熔融峰。对比图6和图7:随着共混膜中SA的DS提高,共混膜的吸热熔融温度逐渐下降。DSC曲线中的熔融峰的温度分别达到为91.7℃ 和86.6℃。这表明乙酰基的引入,打开了淀粉分子间的氢键,无规则线团结构被打破,淀粉分子的结晶程度降低。淀粉的“脆性”得到改善,增强了拉伸强度和柔韧性。由此可见,SA可改善其性能。

2.4 共混膜的SEM分析

[(1#)ST/PVA;(2#)SA/PVA(DS=0.35)]

图8中1#膜是ST/PVA共混膜表面的SEM图。共混膜的表面堆叠了多个高度相同的“圆柱”体,这是由于未改性玉米淀粉,分子链以无规则线团存在,分子内存在一定程度的结晶度和严重的羟基缔合。与PVA共混时,淀粉团外围只有部分羟基与PVA的羟基发生缔合反应。

图8中2#膜是SA/PVA(DS=0.35)共混膜表面的SEM图。和1#膜相比,淀粉经过酯化改性,无规则分子线团结构打开了,分子链打开,更多羟基裸露出来,PVA中存在大量的羟基,两种分子链发生了新的连接、组合,有了新的空间结构。所以2#膜表面可以看到立体、凸凹不平、疏松的空间网状结构。

3 结论

(1)以力学性能为指标,考察共混膜的反应条件得出:反应物的质量比(SA/PVA)为4∶6、反应温度为80℃、反应时间为2.0h,优化条件下所制备膜的拉伸强度为39.2MPa,断裂伸长率为4.26%。膜性能显著提高。

(2)DSC分析表明,随着酯化度的增加熔融温度降低,淀粉分子和PVA分子间的相容性得到改善,添加甘油后,两相缔合作用更加增强。由此可见,SA可改善其性能。

(3)对比不同DS共混膜的降解率随时间变化曲线,表明ST/PVA共混膜在土壤中降解效果较好,40d降解率达到80%;SA/PVA共混膜随着SA DS的提高,降解率下降,但60d降解率仍可达70%。

(4)SEM观察可见,SA/PVA共混膜较ST/PVA共混膜表面结构变得立体疏松,两相的相容性大大提高。

参考文献

[1]郭伟,李培军.阴离子表面活性剂(LAS)环境行为和环境影响[J].安全与环境学报,2004,4(6):37-41.

[2]费强,尚龙安,范代娣,等.可生物降解材料PHBV细胞毒性评价研究[J].安全与环境学报,2005,5(6):47-51.

[3]杨冬芝,胡平.淀粉基生物降解塑料的制备和表征[J].塑料工业,2012,34(3):51-55.

[4]任崇荣,任凤梅,马海红.高含量的淀粉/HDPE片的制备和力学性能研究[J].塑料工业,2010,36(10):16-19.

[5]吴春华,安鑫南,刘应隆.生物降解塑料薄膜的发展阻力[J].南京林业大学学报,2012,26(2):49-51.

[6]王佩璋),王澜,李田华.热塑性淀粉的研究[J].中国塑料,2012,16(4):39-44.

《膜材料设计与应用》 篇8

关键词：胶原,壳聚糖,硫酸软骨素,医用复合膜,创面修复

引言

胶原因其特殊的四级结构, 具有独特的理化性质和优良的生物相容性、可降解性、低免疫原性等, 在生物医用材料领域得到了广泛的应用[1,2,3]。壳聚糖是甲壳质的脱乙酰产物, 具有极好的生物相容性和可降解性、无刺激性、无免疫原性、无热源性, 并具有促进创面愈合的功能。大量胶原-壳聚糖复合材料研究表明, 壳聚糖和胶原是多种人体组织细胞生长繁殖良好的诱导支架材料和细胞生长基质[4,5]。硫酸软骨素 (CS) 是一种糖胺聚糖, 具有抗炎、加速伤口愈合等作用, 加入CS, 可提高材料的生物相容性[6]。本研究在胶原-壳聚糖二元复合膜制备[7]、胶原-壳聚糖分子间作用力[8]等前期工作基础上, 通过热脱氢交联 (DHT) -碳化二亚胺 (EDC) 复合改性, 将CS引入胶原-壳聚糖二元复合膜中, 为材料提供多糖类的生物活性, 进一步提高材料的生物稳定性和生物相容性。DHT是一种通过加热使胶原上的羧基和伯胺侧基发生缩合反应而交联的改性方法, 其优点在于没有引入有潜在毒性的化学试剂。EDC是一种通过在羧基和伯胺侧链基团之间形成酰胺键而交联的改性方法, 其优点是使反应后留下的水溶性异脲能很容易被洗掉。因此DHT-EDC复合改性既能有效交联, 又不会造成细胞毒性, 是一种有效的交联改性方法[9]。

1 实验

1.1 主要试剂和仪器

2-N-吗啉乙烷磺酸 (MES, 美国Amresco公司) , 碳化二亚胺 (EDC, 上海延长生化公司) , N-羟基丁二酰亚胺 (NHS, 上海延长生化公司) , 壳聚糖 (脱乙酰度>87%, 成都科龙化工试剂厂) , 硫酸软骨素 (CS, 美国Sigma公司) , 茚三酮 (德国MERCK公司) , 溶菌酶 (生物纯, 成都天泰生命科技有限公司) , 甘氨酸 (美国AMRESCO公司) , 人重组bFGF (生物纯, 美国Sigma公司) , 胶原 (实验室自制) [10,11], 其它试剂均为市售分析纯试剂, 且使用前未经任何处理。

冷冻干燥机 (Freeze 6型, 美国Labconco公司) , CO2细胞培养箱 (SANYO , JAPAN) , 倒置相差显微镜照相系统 (Olympus IX70, JAPAN) , 离心机 (Heraeus Varifuge 3.0RS , Germany) , 扫描电子显微镜 (JSM-5900LV, 日本电子株式会社) 。

1.2 实验方法

1.2.1 DHT-EDC改性胶原-壳聚糖-硫酸软骨素膜的制备

胶原和壳聚糖按1∶1比例混合, 溶解于0.5 mol/L的醋酸, 置于自制模具中冷冻干燥成膜。将未改性胶原基二元膜在常温下抽真空, 升温, 在110 ℃下处理2 h。将制得的脱氢加热改性 (DHT) 膜置于40 mL pH5.0～6.0, 50 mmol/L 2-N-吗啉乙烷磺酸 (2-N-morpholino ethanesulfonic acid, MES) 的40%乙醇中浸泡30 min, 再在50 mmol/L MES、33 mmol/L 1-乙基-3- (3-二甲基氨基丙基) 碳二亚胺[1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide, EDC]、20 mmol/L N-羟基丁二酰亚胺 (N-hydroxysuccinimide, NHS) 和1%硫酸软骨素的40%乙醇溶液中室温浸泡4 h。最后将上述复合支架在0.1 mol/L Na2HPO4 (pH值为9.1) 溶液中清洗4 h, 再在不同浓度的NaCl溶液中清洗过夜, 双蒸水反复清洗至中性, 冻干, 得DHT-EDC复合改性膜。

胶原-壳聚糖-硫酸软骨素三元膜EDC改性后, 分别用浓度为0.1～1.0 mol/LNa2HPO4 (pH8.0～9.1) 、1～2 mol/L NaCl、5～50 mmol/L甘氨酸、双蒸水反复清洗, 再将自制的b-FGF缓释微球用磷酸盐缓冲液 (PBS) 分散, 均匀喷涂于膜上, 复合冻干得含缓释微球的胶原基体表创伤修复膜。将上述创伤修复膜无菌封装在医用包装袋内用60Co辐照仪辐照灭菌, 照射剂量为25 kGy。

1.2.2 胶原-壳聚糖-硫酸软骨素改性膜的性能表征

(1) 拉伸强度测定

将膜材料用模具制成哑铃状, 空气调节48 h, 在拉力机上以10 mm/min速度测定材料的拉伸强度, 每个样品测5次取平均值。

(2) 降解性表征

将膜样品 (10 mm×25 mm) 真空干燥, 精确称量, 置于试管中, 然后加入5 mL的溶菌酶降解液 (1.0 mg/mL, 缓冲液为PBS) 将其浸泡。试管封口, 置于 (37±1) ℃水浴中振荡 (固定转速为80) , 于1 d、2 d、3 d、5 d、8 d、12 d、15 d时取样。为了保持酶的活力, 需每72h更换一次酶液。样品水洗、干燥至恒重, 通过降解后样品质量的减少来确定样品的降解性。

(3) 三元膜浸提液细胞毒性试验

剪取约1 cm2大小膜材, 于4 mL培养基中37 ℃浸提3 d, 每天取一份浸提液, 进行成纤维细胞培养。浸提液培养细胞3 d后, 用MTT法检测和光境观察。

(4) 全层皮肤损伤动物修复实验

选取一级新西兰大白兔20只, 雌雄各半, 体重1.5～2.0 kg。用速眠新对新西兰白兔肌肉注射作全身麻醉, 在兔背侧胸腰部脊柱两侧1 cm处, 脱毛、消毒。10 min后麻醉起效后, 切割建立3 cm×4 cm的全层皮肤损伤。在左侧创口敷以胶原基复合膜, 作为实验组, 右侧创口作空白对照, 两侧同时敷以灭菌的油纱和纱布, 并在纱布边缘用1号线与皮肤缝合, 1周拆除。术后连续3 d注射氨苄青霉素0.25 g/只。观察创口的出血量, 创口愈合时间及愈合创面的特征等。

2 结果与讨论

2.1 拉伸强度

胶原-壳聚糖二元EDC改性膜的拉伸强度为1.06 MPa, 胶原-壳聚糖-硫酸软骨素三元EDC改性膜的拉伸强度为1.19 MPa, 两者比较, 三元膜机械强度更高, 这与三元膜改性指数高于二元膜有关。

2.2 降解性能

图1表明了改性膜在溶菌酶液中的降解情况:EDC改性三元膜和EDC改性二元膜的生物降解性, 比未改性膜显著增强;在溶菌酶液中水解15 d后, EDC改性二元膜保留了89.74%的质量, 三元膜保留了93.02%的质量, 而未改性膜保留质量不到60%。这说明EDC技术能提供有效的交联, 提高材料的抗酶解能力;EDC改性三元膜的性能更加优越, CS的加入也有利于提高复合材料的抗酶解能力。

2.3 含缓释b-FGF微球的三元膜浸提液细胞毒性试验

用含缓释b-FGF微球的胶原-壳聚糖-硫酸软骨素三元膜浸提液培养成纤维细胞, 检测其细胞毒性。分别浸提1、2、3 d的浸提液和空白培养基培养成纤维细胞, 3 d后用MTT法测得结果。如图2所示, 3组浸提液中繁殖的细胞都多于空白对照组, 且浸提液浸提时间越长, 繁殖的细胞就越多。可见此复合三元膜浸提液无细胞毒性, 并可促进细胞的增殖。图3是空白培养基和浸提液中培养3 d后的成纤维细胞照片。由图可见:浸提液中细胞几乎覆盖了整个培养孔板, 其细胞生长繁殖较空白培养基快。浸提液能够促进细胞的增殖, 与膜材中含缓释b-FGF微球有关。浸提时间越长, 缓释的b-FGF越多, 浸提液中b-FGF含量也就越高, 其细胞增殖就越快。

(A:空白培养基, B:三元膜浸提液)

A: single cuture medium; B contain extracted solution of ternary membrane

2.4 含缓释b-FGF微球的三元膜对全层皮肤损伤修复的动物实验

胶原基创伤修复膜作为细胞生长的依附和支持物, 能诱导细胞增殖、分化和移行, 与创面愈合过程关系密切。胶原基修复膜能大量吸收组织渗出液, 并平稳地附着在创面上, 维持一定湿度, 防止机械损害和二次细菌感染, 作为创面覆盖材料, 对创伤修复十分有效。我们将bFGF明胶缓释微球与胶原基修复膜复合, 形成一种新型覆盖材料, 采用兔皮肤全层缺损模型观察其对创面愈合的影响。

图4是兔全层皮肤损伤伤口模型的建立过程, 图5伤口覆盖修复膜和油纱后的照片。覆盖胶原基修复膜后, 伤口组织液和血液被膜材吸收, 修复膜平稳的附着在创面上, 提供了一个较佳的伤口愈合微环境。术后3 d观察, 实验组创面干燥, 与油纱和纱布无黏连, 修复膜与创面之间贴合紧密, 创口无红肿热, 动物未出现皮肤过敏现象;对照组创面多有渗出液, 与油纱和纱布黏连。

创口修复情况及愈合时间如表1所示:对照组术后有6例发生出血, 占30%, 实验组仅有1例创口发生出血, 占5%;对照组有1例创口发生感染, 实验组无一例感染;对照组术后20.73 d伤口愈合, 实验组仅为18.00 d。可见实验组愈合过程较空白组更快更好。图6是一只兔子3周后伤口愈合情况照片, 兔背脊左侧是实验组, 右侧是对照组。由图可知, 左侧实验伤口已完全愈合, 愈合的新生组织与周围组织融合良好, 无瘢疤产生;右侧对照伤口还未愈合完全, 有小块瘢痕存在。

本研究研制的胶原基体表创伤修复膜复合了组织相容性和降解性良好的壳聚糖和硫酸软骨素, 并经过了EDC交联改性, 膜材的生物稳定性和生物相容性得以提高, 可自然对抗胶原酶, 具有抑制细菌、真菌生长, 止血、止痛, 促进伤口愈合的作用, 可称为一种性能良好的新型体表创伤修复材料。本实验选用具有良好促愈合作用的胶原基膜作载体, 复合能持续释放bFGF的缓释微球, 以膜的形式覆盖皮肤缺损创面, 为表皮细胞及肉芽组织的迁移、增殖提供了支架, 且能在较长时间内缓释bFGF发挥促进细胞生长和组织再生的作用, 有效地缩短了创面愈合的时间。在保护创面的同时, 也具有减少渗出、利于引流等特点。动物皮肤全层缺损模型实验表明:复合bFGF缓释微球的胶原基修复膜与创面之间贴合紧密, 有防止术后粘连、止血、促进伤口愈合以及诱导皮肤再生的作用。

3 小结

(1) DHT-EDC改性三元膜拉伸强度、降解稳定性高于DHT-EDC改性二元膜; (2) EDC改性技术和CS的加入, 均有利于提高复合膜的抗酶解能力; (3) 复合缓释b-FGF微球的三元膜成纤维细胞培养试验, 证明了膜材料无细胞毒性, 可促进细胞的增殖, 细胞与膜材间黏附良好; (4) 复合缓释b-FGF微球的三元膜对兔全层皮肤损伤修复实验结果表明, 修复膜与创面之间贴合紧密, 有防止术后粘连、止血、促进伤口愈合和诱导皮肤再生的作用。

参考文献

[1]Eun Song, So Yeon Kim, Taehoon Chun, et al.Collagenscaffolds derived from a marine source and their biocompat-ibility[J].Biomaterials, 2006, 27:2951-2961.

[2]Lie Ma, Chang you Gao, Zhengwei Mao, et al.Enhancedbololgical stability of collagen porous scaffolds by using a-mino acids as novel cross-linking bridges[J].Biomateri-als, 2004, 25:2997-3004.

[3]Dan Weihua, Li Zhiqiang, Liao Longli, et al.Skin Colla-gen and Its Application in Tissue Engineering[C].Thefifth Asian International Conference of Leather Science andTechnology, 2002, 165-175.

[4]Arpornmaeklong P, Suwatwirote N, Pripatnanont P, et al.Growth and differentiation of mouse osteoblasts on chitosan-collagen sponges[J].International Journal of Oral andMaxillofacial Surgery, 2007, 36 (4) :328-337.

[5]Sionkowska A, Wisniewski M, Skopinska J, et al.Molecu-lar interactions in collagen and chitosan blends[J].Bioma-terials, 2004, 25:795-801.

[6]陈列欢, 刘万顺, 韩宝芹, 等.角膜内皮细胞载体膜片的性质研究及移植试验[J].高等学校化学学报, 2006, 27 (5) :880-884.

[7]叶易春, 林海, 曾睿, 等.胶原-壳聚糖二元膜材料的制备与性能表征[J].功能材料, 2007, 增刊38卷:1943-1847.

[8]Ye Yichun, Dan Weihua, Zeng Rui, et al.Miscibilitystudies on the blends of collagen/chitosan by dilute solutionviscometry[J].European Polymer, 2007, 43 (5) :2066-2071.

[9]顾其胜, 蒋丽霞.胶原蛋白与临床医学[M].上海:第二军医大学出版社, 2003, 78-84.

[10]林海, 但卫华, 曾睿, 等.胃蛋白酶提取猪皮胶原蛋白的工艺优化与过程模拟[J].中国皮革, 2006, 35 (5) :19-22, 26.