Name: 基于几丁聚糖，激光激发薄膜手术胶粘剂，SurgiLux的制备及示范 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-10-23T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 32 s
Description: 了解基于几丁聚糖和吲哚菁绿的激光激活手术胶粘剂SurgiLux的制备方法。该技术利用低功率红外激光实现与胶原组织的快速均匀粘合，无需固化时间，为外科手术提供安全灵活的薄膜粘合解决方案。

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作者感谢澳大利亚国家卫生与医学研究委员会（NHMRC #1000674）向 L.J.R. Foster 提供的资助。

1. SurgiLux 溶液的制备
<ol>
 <li>在洁净的玻璃烧杯中，使用去离子水配制2% (v/v)的乙酸溶液；操作时使用层流罩以避免污染。</li>
 <li>在无菌离心管中称取0.02% (w/v)的发色团吲哚菁绿（indocyanine green, ICG）；确保离心管用锡箔纸包裹，以防光线透入。</li>
 <li>使用洁净的一次性移液器，将约1 ml稀释的乙酸溶液转移至离心管中以溶解染料，轻轻振荡并继续保持锡箔纸包裹。</li>
 <li>将溶解后的ICG转移至烧杯中，加入2% (w/v)的壳聚糖粉末，随后放入无菌磁力搅拌子。</li>
 <li>用封口膜覆盖烧杯，再用锡箔纸包裹，然后在层流罩中于室温下以约125 rpm转速搅拌72小时。</li>
 <li>将混合物转移至洁净的离心管中，在4 °C条件下以15,000 × g离心15分钟，以去除任何不溶性颗粒。</li>
 <li>小心地将绿色的SurgiLux溶液转移至洁净的玻璃烧杯中，用封口膜封口后包裹锡箔纸，随后在冰箱中储存12小时，以增加溶液的黏度。</li>
</ol>
2. SurgiLux 薄膜的制备
<ol>
 <li>使用无菌注射器，将 8 ml 冷的 SurgiLux 溶液加入洁净的 95 mm 直径培养皿中，并轻轻倾斜培养皿，确保溶液完全覆盖表面。通过调节溶液体积与成膜面积的比例，可控制薄膜厚度，参见图 1。</li>
 <li>使用无菌针头的尖端去除溶液中可见的气泡。用锡箔纸覆盖培养皿，并置于冰箱中，以消除任何残留的微米级气泡。</li>
 <li>20 分钟后，小心地将培养皿从冰箱中取出，放入超净工作台中，用锡箔纸覆盖，并让溶液蒸发 3 周。</li>
 <li>待溶液完全蒸发后，在培养皿中沿透明绿色 SurgiLux 薄膜的外缘划痕，并轻轻将其从培养皿表面剥离。</li>
 <li>SurgiLux 薄膜应具有柔韧性，可轻易操作而不会撕裂或断裂。</li>
 <li>将圆形 SurgiLux 薄膜保存在培养皿中，用锡箔纸包裹，并置于干燥条件下，直至使用。</li>
</ol>
3. 激光激活 SurgiLux 粘合膜
<ol>
 <li>为了演示激光激活过程，我们将使用一块牛肉组织（如牛排），将其切割成15 mm宽、20 mm长的尺寸。使用10号外科手术刀沿直线切开组织，得到两块大小均为15 mm × 10 mm的组织片。</li>
 <li>将两块组织片对合，使其边缘相接但不重叠，并使用棉签或纱布轻轻吸去任何多余的液体。</li>
 <li>接着，裁剪一片7 mm × 9 mm的SurgiLux膜，小心地将其沿长度方向覆盖在被切开的组织上，然后用干燥的棉签轻轻按压。</li>
 <li>SurgiLux膜使用输出功率为120 mW的红外二极管激光器进行激活。由于该激光器属于III B类激光设备，应采取适当的安全措施，包括所有人员佩戴合适的激光防护眼镜。</li>
 <li>从一角开始，使用设定为120 mW、光斑直径为1 mm的红外激光照射SurgiLux膜，以大约每秒1 mm的速度将光斑扫过绿色薄膜表面。重复此照射过程共三次。</li>
</ol>
4. 修复强度
<ol>
 <li>将组织两端小心固定在拉伸测试仪的夹具中。我们使用的是配备50牛顿载荷传感器的Instron Mini55系统。最大载荷、抗拉强度和断裂伸长率通过Bluehill计算机软件（USA）计算得出。至少10个样本的均值被确定（n = 10）。</li>
 <li>消除“松弛”后，以每秒1毫米的速度分离组织片，直至由SurgiLux条带连接的两片组织完全分开。</li>
</ol>

<ol><li>Kjaergard, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Suture+support%3A+is+it+advantageous%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Surg%22%5BJournal%5D)">Suture support: is it advantageous.</a> Am. J. Surg. 182, 15S-20S (2001).</li>
<li>Lauto, A., Mawad, D., Foster, L. J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adhesive+biomaterials+for+tissue+reconstruction%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Tech.+Biotech%22%5BJournal%5D)">Adhesive biomaterials for tissue reconstruction.</a> J. Chem. Tech. Biotech. 83, 464-472 (2008).</li>
<li>Fung, L. C., Mingin, G. C., Massicotte, M., Felsen, D., Poppas, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+temperature+on+tissue+thermal+injury+and+wound+strength+after+photochemical+wound+closure%5BTitle%5D)+AND+%22Lasers+Surg.+Med%22%5BJournal%5D)">Effects of temperature on tissue thermal injury and wound strength after photochemical wound closure.</a> Lasers Surg. Med. 25, 285-290 (1999).</li>
<li>Piribo, <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPiribo%2C++%22Glues+%26+Sealants%3A+Industry+Background+Report%22">Glues & Sealants: Industry Background Report</a>. , (2005).</li>
<li>Lauto, A., Hook, J., Doran, M., Camacho, F., Poole-Warren, L. A., Avolio, A., Foster, L. J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chitosan+adhesive+for+laser+tissue-welding%3A+in+vitro+characterisation%5BTitle%5D)+AND+%22Lasers+Surg.+Med%22%5BJournal%5D)">Chitosan adhesive for laser tissue-welding: in vitro characterisation.</a> Lasers Surg. Med. 36, 193-201 (2005).</li>
<li>Lauto, A., Stoodley, M., Marcel, H., Avolio, A., Sarris, M., McKenzie, G., Sampson, D. D., Foster, L. J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+and+in+vivo+tissue+repair+with+laser-activated+chitosan+adhesive%5BTitle%5D)+AND+%22Lasers+Surg.+Med%22%5BJournal%5D)">In vitro and in vivo tissue repair with laser-activated chitosan adhesive.</a> Lasers Surg. Med. 39, 19-27 (2007).</li>
<li>Lauto, A., Foster, L. J. R., Avolio, A., Sampson, D., Raston, C., Sarris, M., McKenzie, G., Stoodley, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sutureless+Nerve+Repair+with+Laser-Activated+Chitosan+Adhesive%3A+A+Pilot+in+vivo+Study%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Photomed.+Laser.+Surg%22%5BJournal%5D)">Sutureless Nerve Repair with Laser-Activated Chitosan Adhesive: A Pilot in vivo Study.</a> J. Photomed. Laser. Surg. 26 (3), 227-234 (2008).</li>
<li>Marçal, H., Badylak, S. F., Sellaro, T. L., Lauto, A., Foster, L. J. R., Mahler, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+coalescence+of+decellularized+tissue+scaffolds%2C+laser-activated+chitosan+bioadhesive+and+olfactory+ensheathing+cells+for+tissue+repair+and+regeneration+of+the+spinal+cord%5BTitle%5D)+AND+%22Lasers+Med.+Sci%22%5BJournal%5D)">The coalescence of decellularized tissue scaffolds, laser-activated chitosan bioadhesive and olfactory ensheathing cells for tissue repair and regeneration of the spinal cord.</a> Lasers Med. Sci. 23 (1), 96(2008).</li>
<li>Foster, L. J. R., Thomson, K., Marcal, H., Butt, J., Watson, S., Wakefield, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+chitosan-vancomycin+composite+biomaterial+as+a+laser+activated+surgical+adhesive+with+regional+antimicrobial+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">A chitosan-vancomycin composite biomaterial as a laser activated surgical adhesive with regional antimicrobial activity.</a> Biomacromolecules. 11 (12), 3563-3570 (2010).</li>
<li>Shahbazi, J., Marcal, H., Watson, S., Wakefield, D., Sarris, M., Foster, L. J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sutureless+sealing+of+penetrating+corneal+wounds+using+a+laser-activated+thin+film+adhesive%5BTitle%5D)+AND+%22Lasers+Surg.+Med%22%5BJournal%5D)">Sutureless sealing of penetrating corneal wounds using a laser-activated thin film adhesive.</a> Lasers Surg. Med. , accepted 15/05/2011 Forthcoming.</li>
<li>Meyers, M. A., Chen, P. -Y., Lin, A. Y. -M., Seki, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biological+materials%3A+Structure+and+mechanical+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Prog.+Mater.+Sci%22%5BJournal%5D)">Biological materials: Structure and mechanical properties.</a> Prog. Mater. Sci. 53 (1), 1-206 (2008).</li>
</ol>

未声明任何利益冲突。

壳聚糖可具有多种分子量和不同脱乙酰度（DDA）。壳聚糖纯度的差异可能导致SurgiLux溶液中出现颗粒物；通过离心可去除这些颗粒，从而得到透明的绿色溶液。然而，过滤也可作为额外或替代的制备步骤使用。与任何材料加工过程一样，壳聚糖的脱乙酰度和分子量等参数的变化会影响所制备SurgiLux薄膜的理化性质、生物学特性及材料性能，包括其与组织结合的强度。
SurgiLux 的制备工艺具有较大的可调性。例如，通过改变溶液体积与铸膜表面积的比例（ml:mm2），可调节薄膜的厚度。图5显示，随着倒入培养皿中溶液体积的增加，最终 SurgiLux 薄膜的厚度呈线性增长。同样，通过改变铸膜表面的性质，也可调控薄膜的表面形貌。图6展示了 SurgiLux 薄膜表面存在微米级的“乳突”结构。此类模板技术可用于构建多种表面结构，以增强组织黏附性、防止微生物细胞附着并促进组织再整合。11 此外，可在制备过程中掺入多种生物活性物质，从而制得用于局部药物递送的黏附性薄膜。10</...

<table><tbody><tr><td>壳聚糖</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>448877</td><td></td></tr><tr><td>吲哚菁绿</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>I2633</td><td>又称心脏绿（Cardiogreen）</td></tr><tr><td>乙酸</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>320099</td><td></td></tr><tr><td>带光纤传输的红外二极管激光器（808 nm，120 mW，光束芯径 200 &amp;mu;m）</td><td>CNI Lasers</td><td>Fc-808</td><td>可变系统，最大功率可达 5 W</td></tr><tr><td>激光防护眼镜</td><td>CNI Lasers</td><td>LS-G</td><td></td></tr><tr><td>拉伸测试仪</td><td>Instron Pty Ltd</td><td>5542</td><td>50 N 负载传感器</td></tr></tbody></table>

一种基于壳聚糖的激光激活薄膜外科粘合剂“surgilux”：制备与应用演示

A Chitosan Based, Laser Activated Thin Film Surgical Adhesive, 'SurgiLux': Preparation and Demonstration

缝线是一种已有4000年历史的技术，因其修复强度（约100 KPa）而仍然是伤口闭合的“金标准”。然而，缝线可能成为感染的诱因，并且在许多手术中无法有效促进伤口修复，或会干扰功能性组织再生。1 作为缝线的替代方案，已开发出外科胶水和粘合剂，例如基于纤维蛋白和氰基丙烯酸酯的粘合剂，用于此类伤口的修复。然而，目前市售的粘合剂也存在显著缺点：纤维蛋白胶可能存在病毒和朊病毒传播风险，且修复强度不足；而氰基丙烯酸酯类粘合剂则存在组织毒性及生物相容性差的问题。此外，目前可用的外科粘合剂多为凝胶基质，固化时间较长，限制了其应用范围。2 同样，使用紫外激光促进基于蛋白质或白蛋白“焊料”的交联机制可能导致DNA损伤，而激光组织焊接（LTW）则易引起组织热损伤。3 尽管存在这些缺点，粘合剂和LTW技术已占据约30%的伤口闭合市场份额，该市场年报告价值超过50亿美元，这充分表明了无缝线技术的迫切需求。4
在追求无缝合技术的过程中，我们利用壳聚糖作为生物材料，开发出一种柔韧、超薄的薄膜状激光激活外科粘合剂，称为“SurgiLux”。这种新型生物粘合剂采用了经美国食品药品监督管理局（FDA）批准并已成功应用于多种生物医学领域及产品的独特生物材料与光子学组合。SurgiLux 克服了传统缝合线及现有外科粘合剂的所有缺点（见表1）。
在本报告中，我们介绍一种相对简单的 SurgiLux 制备方案，并展示其激光激活过程及组织焊接强度。SurgiLux 薄膜可在无需化学交联等修饰的情况下粘附于胶原组织，通过使用功率较低（120 mW）的红外激光而非紫外光进行照射实现粘接。壳聚糖薄膜本身对胶原具有天然但较弱的粘附力（约 3 kPa），而基于壳聚糖的 SurgiLux 薄膜经激光激活后，可因聚合物链间的相互作用及瞬时热膨胀效应显著增强粘附强度。5 若不进行此“激活”过程，SurgiLux 薄膜可被轻易移除。6-9 SurgiLux 已经过了测试 体外 和 体内 在多种组织（包括神经、肠道、硬脑膜和角膜）上均表现出良好的生物相容性，且由于辐照引起的热损伤可忽略不计。6-10

离心后得到透明的绿色溶液，在4-6 °C下储存后黏度增加。静置3周后，该绿色溶液转化为一层约20微米厚的透明绿色SurgiLux薄膜，如视频所示，具有良好的柔韧性。
用激光照射后，SurgiLux 薄膜会与组织结合。在薄膜边缘处可以观察到这一现象，当激光束扫过薄膜时，组织呈现收缩状态（图2）。不应观察到组织或薄膜的炭化或消融现象。SurgiLux 与组织的结合强度应足以提起被切开的组织片；在本实验报告中测得的抗拉强度应约为 15 KPa。
<img alt="外科粘合剂比较图表；纤维蛋白、氰基丙烯酸酯胶、SurgiLux 粘合剂功效。" src="/files/ftp_upload/3527/3527table1.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="表 1"> 
表 1. 提出的 SurgiLux 系统与市售纤维蛋白及...

介绍了一种由美国食品药品监督管理局（FDA）批准的成分——壳聚糖和吲哚菁绿——制成的新型柔性薄膜外科粘合剂的制备方法。通过低功率红外激光进行简单激活，实现了该粘合剂与胶原组织的牢固结合。

一种基于壳聚糖的激光激活薄膜外科粘合剂“SurgiLux”：制备与应用演示

缝合线是一种已有4000年历史的技术，因其修复强度（约100 KPa）而仍然是伤口闭合的“金标准”。然而，缝合线……

本实验的总体目标是展示一种名为 Sux 的新型激光激活外科粘合剂。首先制备 Sergi 粘合剂溶液，然后制备 Sux 粘合剂薄膜来实现这一目标。然后使用激光照射将 Sux 薄膜粘合剂与组织结合。最后，测试粘合效果。最终可获得结果，表明 Sul lock 的薄膜粘合剂在激光照射后能够牢固地与组织结合。与现有的纤维蛋白和氰基丙烯酸酯外科胶水等方法相比，Sux胶水的主要优势在于其为一种薄膜，可提供操作简便、无需固化时间以及对组织的均匀粘附。演示该操作的将是生物聚合物研究组的博士生Elizabeth Caston。在超净台中配制UX溶液时，首先在无菌离心管中配制2%的乙酸水溶液。称取青绿色的染料，即吲哚菁绿（ICG），用铝箔包裹试管以防止任何光线进入。使用一支干净的一次性移液管，将约一毫升稀释的乙酸溶液转移至试管中，并轻轻振荡以溶解染料。将溶解后的ICG转移至烧杯中，并加入2%的壳聚糖粉末。在加入无菌磁力搅拌子之前，先用帕拉膜覆盖烧杯，并用铝箔包裹。然后在超净工作台中，将烧杯置于磁力搅拌器上，以约 125 转/分钟的速度在室温下搅拌 72 小时。孵育结束后，将内容物转移至洁净离心管中，在 4 摄氏度条件下以 15,000 ×g 离心 15 分钟。为去除任何颗粒物质，将绿色的 UX 溶液小心转移至洁净的玻璃烧杯中。用对二甲醛覆盖，然后用铝箔包裹烧杯。将溶液在冰箱中储存 12 小时，以使用无菌注射器增加其黏度。将8毫升冰冷的sux溶液加入一个洁净的直径95毫米的培养皿中，轻轻倾斜培养皿以确保溶液完全覆盖表面。用无菌针尖去除溶液中可见的气泡。然后盖上封口箔，放入冰箱冷藏20分钟。为去除残留的微米级气泡，小心地将培养皿转移至超净工作台中，使溶液蒸发三周。待溶液完全蒸发后，沿透明绿色Sux薄膜的外边缘划线，然后轻轻将薄膜从培养皿表面剥离。将培养皿中用铝箔包裹的圆形UX薄膜在干燥条件下保存，直至使用。此处以一块牛组织为例演示激光激活过程，例如先将组织切割成宽15毫米、长20毫米的样本。使用10号手术刀片将组织切成两半，得到两块尺寸均为约15毫米×10毫米的组织样本，将这两块组织并置，使其边缘相接但不重叠。然后使用棉签或纱布轻轻吸去任何多余的液体。接下来，裁剪一块7毫米×9毫米的UX膜，用干燥的棉签小心地将其纵向放置在组织切片上并轻轻按压。然后，在穿戴适用于三B类激光器的适当安全装备（包括护目镜）的情况下，使用设定为120毫瓦的红外二极管激光器，从角落开始，以大约每秒1毫米的速度将激光束扫过UX膜。在照射测试后，再重复照射过程两次，通过将组织两端小心固定在拉伸测试仪的夹具中来检测修复强度。最后，消除松弛，然后以每秒1毫米的速度将组织分开，直至在激光照射下由sux条带连接的两片组织完全分离。sux薄膜会与组织结合，可在薄膜边缘观察到该现象，即激光束穿过薄膜时，组织出现收缩。请注意，

a-chitosan-based-laser-activated-thin-film-surgical-adhesive-surgilux

Research

科研

JoVE Journal

Bioengineering

生物工程

基于几丁聚糖，激光激发薄膜手术胶粘剂，“SurgiLux的制备及示范

手术过程中通常需要缝线来修复组织。然而，缝线的应用可能存在问题，因为它们具有侵入性，可能会损伤组织。本文报道了一种新型组织粘合剂的制备和应用方法。这种粘合剂薄膜可通过激光激活，无需使用缝线。...

玫瑰红-壳聚糖薄膜在激光组织修复中的制备与应用

本文介绍了一种生物制造方法：在偏置电极存在下，沉积具有刺激响应性的多糖，以制备可与细胞或蛋白质功能化的生物相容性薄膜。我们展示了一种可在实验台操作的薄膜制备策略，以及这些薄膜在构建用于芯片实验室应用的交互式生物功能化表面中的基本用途。...

通过生物制造技术连接生物-电子界面

提出了一种全激光角膜内皮移植手术方法。该手术技术基于使用飞秒激光制备供体组织，随后采用激光焊接技术将供体角膜内皮固定于正确位置。...

一种“全激光”角膜内皮移植术

一种由含海藻酸盐微粒的聚(N-异丙基丙烯酰胺)-接枝-硫酸软骨素（PNIPAAm-g-CS）组成的可注射组织工程支架被制备出来。其黏附强度、溶胀性能及 体外...

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冻融法用于制备无需交联剂的壳聚糖-聚（乙烯醇）水凝胶。采用该方法时，需考虑冷冻条件（温度、冻融循环次数）和聚合物比例，这些因素会影响所获得水凝胶的性能和应用。...

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本文介绍了利用壳聚糖薄膜培养人牙周膜（PDL）细胞球体的实验方案。三维（3D）细胞球体培养提供了一种替代传统组织培养聚苯乙烯（TCPS）培养系统的方法。...

在壳聚糖薄膜上形成人牙周膜细胞球体

所制备的DOX-CL支架在机械强度、孔隙率、吸水性、降解速率、缓释性能、抗菌性、生物相容性和抗炎性能等方面均满足理想糖尿病创面敷料的基本要求，这些特性被认为是糖尿病创面受损组织修复所必需的。...

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本方案描述了一种基于壳聚糖-京尼平的非乳液法微凝胶制备方法。这些微凝胶的尺寸可精确调控，并具有pH依赖性溶胀特性以及可降解性...

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体内 小鼠海马区小胶质细胞的慢性双光子成像

本项目旨在通过将1565非剥脱性点阵激光与30%超分子水杨酸联合应用，有效减少非剥脱性点阵激光治疗后面部红斑和色素沉着等不良反应的发生，为患者提供一种更安全的面部年轻化治疗新方法。...

通过1565 nm非剥脱性点阵激光联合30%超分子水杨酸增强面部年轻化效果

本文介绍一种用于构建独特双层微流控装置的实验方案，以研究上皮组织稳态的电机械调控机制。该装置可施加垂直于组织平面的静态生理性电流，影响细胞间黏附、增殖及细胞挤出过程。通过活细胞成像和机械应力测量，揭示这些生物学过程的作用机制。...

利用双层微流控装置揭示电机械调控在组织稳态中的作用

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