人造皮膚基本性能研究（jiū）與測試

　　皮膚是人體最大的器官，承擔著屏蔽細菌、感知冷熱、調節體溫、分泌排泄等功能，由表皮、真皮和（hé）皮下組織三層構成。當外因造成皮膚的大麵積損傷，如灼傷、潰瘍或急性創傷（shāng）時，在清理創麵防止細（xì）菌（jun1）感染（rǎn）的同時，需盡快覆蓋皮膚創麵以減少（shǎo）蛋白質、血紅球等體液的流失。長（zhǎng）久以來，大麵積皮膚缺損的覆蓋材（cái）料主要來自自體皮、同種（zhǒng）異體皮或異種皮等，由於皮源（yuán）缺（quē）乏、新創舊疤等因素限製患者的治療進程。這種情況（kuàng）催生了能重複生產且永久替代皮膚缺損的材（cái）料研發，即人造皮膚。

1 人造皮膚應具（jù）備的性能

　　人造皮膚是利用組（zǔ）織工程（chéng）學和細胞生物學的（de）方法（fǎ），將種（zhǒng）子細胞與天然生物高分子材料製得的支（zhī）架材料相結合構建出的用於修複、維護、替代缺損（sǔn）皮膚組織的生物替代物。其作用機理首先（xiān）是基於傷口愈合機理的。

　　現代傷口愈合理論有兩大分支：傷口幹性愈合和傷口濕性愈合。傳統觀（guān）念（niàn）認為傷口（kǒu）需幹燥消毒（dú），利（lì）於（yú）結痂愈合（hé），但隨著臨床經驗的愈加豐富，醫護人員發現此種治療方法極易造成創麵（miàn）局部脫水，結痂造（zào）成傷口疼痛反而阻礙上（shàng）皮細胞移行，愈合（hé）速度緩慢。於是（shì）近（jìn）現（xiàn）代“濕潤環境愈合理（lǐ）論”興（xìng）起，即在傷口局部（bù）保持適度的濕潤以營（yíng）造有利於傷口愈合的微酸低氧、自（zì）溶清創、生長因子釋放環境等，這種（zhǒng）方法具有不（bú）結痂、微創少痛，利於肉芽生長和皮膚細胞分裂，其促進傷口愈合的速度是傳統幹性環境的兩（liǎng）倍。

　　基於“濕潤環境（jìng）愈合”機理，人（rén）造皮（pí）膚應具備一定的（de）保濕性能（néng）才能（néng）維持傷口的“濕潤環境”。據王成傳等人研究，正常皮膚的水分蒸發量為18.48±5.02g/(m²·h)，普通創麵傷後6小時水分蒸（zhēng）發量達到（dào）頂峰40~60 g/(m²·h) ^[1]，雖然隨後蒸發量逐漸下降，但仍高出正常皮膚蒸發量的18.5% ~76.85%。人造（zào）皮膚作為創口的覆蓋材料，應具有一定的（de）保濕性能（亦（yì）可理解為水蒸氣透過性能）以控製皮膚的蒸發量，既不能過大造成傷口（kǒu）水分的大量（liàng）蒸發，也不能過小導致傷口局部積液。據相關文獻介紹，正常皮（pí）膚的水蒸（zhēng）氣透（tòu）過率為204g/(m²·d)，受傷皮膚為279~5138g/(m²·d)，被推薦的醫用敷料的理（lǐ）想水蒸氣透過率為（wéi）2500g/(m²·d)左右^[2]，因此作為醫用敷（fū）料的一種，人造（zào）皮膚（fū）的水蒸（zhēng）氣透過量亦可參考此標準。

　　理想的人造皮膚，除了具有一定的水蒸氣透（tòu）過性，還應具有接近正常皮膚的（de）柔韌性，不易撕裂，以滿（mǎn）足（zú）日常伸曲、縫合的要求，通常（cháng）采用斷裂強度、斷裂伸長（zhǎng）率等力學性能指標進行表征。斷（duàn）裂強度，是指材料發生拉斷（duàn）時（shí）的應力值（zhí）與截麵積的比值，單位為MPa。斷裂伸長率則用來評價材料在拉（lā）斷時的位移值（zhí）與（yǔ）原長的（de）比值。接下來將對兩種不（bú）同的人造（zào）皮膚進行水蒸氣透過性能（néng）和力學性能的測試，從而了解當（dāng）前人造皮膚的（de）性能情況。

2 人造皮膚的性能（néng）測試

2.1水蒸氣透過性能測試方法和標準

　　參（cān）考標準（zhǔn）：GB 1037；試驗設備（bèi）：W3/030水蒸氣透過率測試儀

　　試驗方法：於浸泡液（yè）中取出人造皮膚試樣（yàng），如圖1，使之在平整狀（zhuàng）態下晾至微幹後裁取直徑為74mm的圓片。因（yīn）試樣較軟，在注入蒸餾水的透濕杯中放置專用支撐架（jià），再置（zhì）入試樣，密封透濕杯蓋（gài）。將透（tòu）濕杯平（píng）穩的移入儀器內部。設備自動將試樣兩側（cè）的濕度差控（kòng）製的90%RH，試驗溫度（dù）為38℃。水蒸氣在（zài）濕度差的作用下，從透濕杯中高濕一側（即（jí）接近杯中水麵一側（cè））透過試樣進入幹燥的一側，通過測試透濕杯的重量隨時間的變化計（jì）算出人（rén）造皮膚試樣（yàng）的水蒸氣透過率。本次試驗對（duì）象為兩（liǎng）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（pí）膚（未從袋（dài）中取出）

表1. 人造皮膚水蒸氣透過率測試結果

2.2 斷裂強（qiáng）度、斷裂伸長率測試方法和標準

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

　　試（shì）驗設備：XLW(PC)智能電子拉力試驗機

　　
　　試驗方法：於浸泡液中取出人（rén）造（zào）皮膚試樣，使（shǐ）之在平整狀態下晾至微幹後裁取至少5個寬15mm，長度不小於150mm的（de）長條試樣，見圖2。試樣中部應（yīng）有標距為50mm的（de）兩條平行線。將單個試樣裝夾在（zài）試驗機的上下夾頭（tóu）間，試樣縱軸與上（shàng）、下夾具中心連線相重合，並且要鬆緊（jǐn）適宜，以（yǐ）防止試樣滑脫和斷（duàn）裂在夾具內。設定拉伸速度50mm/min，開始試驗。試樣拉斷（duàn）後，係統自動顯示試樣的拉斷（duàn）力和斷裂伸長率，由此計（jì）算出試樣的斷（duàn）裂強度。本次試驗對象同水蒸氣透過性能（néng）測試試樣，測試結果見表2。

圖2. 長條試樣（yàng）示意圖

表（biǎo）2. 人造皮（pí）膚斷裂強度（dù）和斷裂伸長率測試結果

3 人（rén）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（shàng）文中理想的醫用敷料水蒸氣透過率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。斷裂強度、斷（duàn）裂伸長率測試中，兩種材料的測試結果相差不大。

　　近年（nián）來，日益迫（pò）切的皮膚修複與重建的需求促使人造皮膚的研發呈多樣化和（hé）實用化的趨勢（shì），而天然生（shēng）物高分子材料，如絲素（sù）、殼聚糖、明膠等材料製得的（de）單一膜或共混膜也成為皮（pí）膚修複的理想材料。絲素蛋白是從蠶絲中提（tí）取的天然（rán）高分（fèn）子纖維蛋白，具（jù）有優良的（de）機械性能和極（jí）好的保濕性、生物相容性，經流延法製得的再生絲素膜透明度（dù）佳，應（yīng）用於創麵能保持一定的濕度，即可防止細胞脫水，又不致膜下（xià）積液。然而在研製過程中，純絲（sī）素膜在厚度（dù）和強度方麵難以達到生物醫學材料所要（yào）求的統一，且易碎易溶，限製了其在生物醫學領域的（de）應用。因此在純絲素膜中加（jiā）入殼聚糖或明膠等生物材料以及交聯劑，經不同成膜工藝製成共混（hún）膜，以取長（zhǎng）補短，能有效解決這一問題。

　　共混膜的製備工藝（yì）相對複雜，以絲素/明膠（jiāo）共混膜為例，通常（cháng）包括絲素（sù）明膠溶液混（hún）合（hé）——添加（jiā）交聯劑——烘幹製膜或自然幹燥製（zhì）膜——不溶化處理四個基本工序，部分研製過程中還會加入致（zhì）孔劑等其他助劑。因此，多重（chóng）因素影響（xiǎng）著共（gòng）混膜的物理性能，包括水蒸氣透過性（xìng）能和力學性能。

　　起初，純絲素膜的表麵結構是均勻細密的，與其他材料共混交聯形成網格（gé）結（jié）構，經乙醇（chún）不溶性處理後，大量易溶於水的物質剔除，膜表麵呈現一種凹凸（tū）不平的微孔形態，為水蒸氣的透過構建了通（tōng）道。在（zài）這一過程中，向共混膜中添加致孔劑，能在一定程度（dù）上增加微孔（kǒng）的（de）大小和數量，促進了水蒸（zhēng）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（dù）與（yǔ）共混膜的水蒸氣透過率密切（qiē）相關（guān）。在馬芳的研究中，絲素/明膠（jiāo）膜的水蒸氣透過率隨著明膠比例的增加出現先上升後下降的趨（qū）勢^[3]，一方麵由於明膠（jiāo）遇水後發生（shēng）溶脹，降低了微孔的水蒸氣通（tōng）透性，使得共（gòng）混（hún）膜整體的水蒸氣透過率下降；另（lìng）一方麵，乙醇的不溶性處理也會使共混膜的結晶度提高，從而（ér）影響水蒸（zhēng）氣透（tòu）過性能。在同一的進程中，共混膜的力學強（qiáng）度也較純絲素膜發生了變化。交（jiāo）聯劑（jì）的使用會促進蛋白質分子在（zài）短時間內緊密結合形成交聯（lián）網絡，使共混膜的力學性能，尤其（qí）是斷裂強度和斷裂伸長率達到頂峰。但若繼續進行乙醇不溶化處理，會導致共混膜中β—折疊結構（gòu）的增（zēng）加，而這種結構會促使蛋白膜的質地變脆，進而弱化共混膜的力學（xué）性能。

　　上述重點針對絲素/明膠共混膜的（de）物理（lǐ）性能及其影響因素進行了分析，其結（jié）果對於其他人造皮膚材料如絲素/殼聚糖共混膜（mó）有一定的參考性，當然（rán），不同共混膜的成膜工藝千差萬別，其水蒸氣透過性和力學性（xìng）能也呈現多樣（yàng）性，需要通過具體實驗進行研究分析。

4、結語

　　人造皮膚（fū）在當（dāng）前臨床醫學領域的地（dì）位愈發重要，作為專用於大麵積創（chuàng）口愈合的醫用敷料，往往對其透濕性和力（lì）學性能有一（yī）定的要求，以維持創口的（de）適度濕潤並滿足日常伸曲、縫合等要（yào）求。因此，專業（yè）人員要在充分研究人造皮膚材料的（de）透濕性能和力（lì）學性能影響因素的基礎上，根據（jù）實際（jì）需要對其性能進行調控，進一步（bù）提高人造皮膚對各類創口（kǒu）的愈合效果。

參（cān）考文獻：

[1] 王成傳，蒲（pú）誌彪，劉洪斌（bīn）等. 濕性療法創麵（miàn）不顯性失水的臨床研究(三)[J]. 中（zhōng）國燒傷創瘍雜誌,1999(02).

[2]馬曉莉，姚子華，徐偉偉（wěi）等. 醫用（yòng）多孔殼聚（jù）糖膜的製備及（jí）性能研究[J]. 功能高分子學報，2005(09):434-440.

[3]馬芳. 絲素/明（míng）膠共混膜（mó）製備工藝篩選（xuǎn）及（jí）其結構（gòu）與性能研究[D].山東：山東農業大學，2005：27-28.