一、對所提出問題的描述

市面上的人工皮產(chǎn)品往往都十分昂貴，并且只有基本的防止細(xì)菌進入傷口的功用。因此，本項目的目的為在降低人工皮制造成本的同時增加其功能。本研究以成本較低的海藻酸鈉和黃原膠作為基本材料，再加入其他物質(zhì)——如甘草萃取物來制作，沒有沉淀物、不黏傷口、能防止細(xì)菌進入傷口及抑制細(xì)菌生長的人工皮。

二、與所提出問題相關(guān)的背景綜述和分析

每年，全球都發(fā)生多宗大面積燒傷事件，而一般的處理方法就只有皮膚移植。皮膚移植能減少傷口水份流失和受感染的機會，從而有效地加速傷口復(fù)原。皮膚移植大致分為兩類：自體移植和異體移植。自體移植指從患者自身上取出部分皮膚來移植于患處。如傷口面積大，患者沒有足夠的皮膚可取，則需要進行異體移植。異體移植所用的皮膚來自遺體捐贈或小豬。相對于異體移植，自體移植雖然能減低排斥，但因需從患者身上取出部分皮膚，因此會為患者帶來額外的傷口和痛楚，而異體移植則要解決異體皮膚供不應(yīng)求和排斥的問題。因此市面上開始出現(xiàn)一種新的治療材料——人工皮。

人工皮是指用人造物料制成的外傷敷料。人工皮的出現(xiàn)增加了燒傷者的生存機會。當(dāng)傷者皮膚大面積燒傷，便須立即把受傷的皮膚去掉，以免細(xì)菌的滋生。此時，有人工皮就能大派用場，它能夠迅速蓋住傷口，防止水份流失，并防止細(xì)菌進入傷口。以臺灣粉塵爆炸一案為例，由于傷者數(shù)目繁多，一下子根本沒有足夠的皮膚以供移植。因此，采用人工皮處理傷口有其必要性。

經(jīng)過多年研究，現(xiàn)時人工皮技術(shù)主要目的都是保護傷口，防止傷口發(fā)生細(xì)菌感染，吸住附在傷口的滲液，以及保持傷口濕潤。而結(jié)果顯示，人工皮處理傷口跟用皮膚移植處理傷口并沒有太大的差別。跟一般保持傷口干燥的處理方法不同，人工皮是利用濕潤的環(huán)境，加上受傷后滲出的組織液（內(nèi)含很多生長因子和纖維母細(xì)胞）來幫助傷口修復(fù)。而且，人工皮是貼在傷口外側(cè)，因此在復(fù)原的過程中，新的皮膚能夠沿著一般的皮膚生長，使傷口復(fù)原得更快、更好。雖然現(xiàn)時市面上已有多種人工皮供應(yīng)，但其材料，如小牛的膠原蛋白、鯊魚的軟骨素等，價格偏高，不是所有人能夠負(fù)擔(dān)。有見于此，本項目以研發(fā)價廉物美的人工皮為目標(biāo)，探討以海藻酸鈉和黃原膠來制造人工皮的可能性。

三、設(shè)計模型/解決方案、思路

本項目的人工皮用海藻酸鈉和黃原膠為基本材料。海藻酸鈉可從褐海藻提煉出來，能夠鎖住水份，形成水凝膠。黃原膠則用于防止沉淀物。兩種材料的價格都不高，要制成一塊1平方米的人工皮只需約人民幣16元。

為找出最合適的配方，測試了多個海藻酸鈉和黃原膠的分量，發(fā)現(xiàn)每50毫升的水，需加入2克海藻酸鈉及2克黃原膠，用以做出最合適的人工皮。這配方不太硬不太軟，對人體來說是最舒適的。為了定立稀稠度的參考數(shù)值，量度了磁石球于水凝膠上跌至底部的時間，得出結(jié)論為3分鐘。

為了解決人工皮黏皮膚的難題，該次研究加入了醋酸鈉。醋酸鈉能夠組成一層不溶于水的薄膜，使人工皮不會黏住皮膚。反復(fù)進行了多次試驗后，發(fā)現(xiàn)比起將醋酸鈉混進凝膠中，將醋酸鈉涂在其表面效果更佳。這既不會破壞凝膠的組織，也能夠有效防止人工皮黏住傷口。

其后，為了測試人工皮防止細(xì)菌進入傷口的作用，以人工皮覆蓋于瓊脂平板上，然后暴露于空氣中5天。結(jié)果只有被人工皮覆蓋的范圍沒有任何的微生物菌落，這證實了此人工皮能夠有效防止細(xì)菌進入。

為了進一步測試人工皮抑制細(xì)菌生長的功效，先把瓊脂平板浸于水中，使其布滿微生物，以模擬傷口布滿細(xì)菌的情況，然后將人工皮置于其中一塊瓊脂平板中。5天后，沒有被人工皮覆蓋的瓊脂平板滿布微生物菌落，而被人工皮覆蓋的沒有發(fā)現(xiàn)任何微生物菌落，證明了人工皮有抑制細(xì)菌的作用。

最后，在人工皮配方中嘗試加入額外材料，以提升人工皮的功能。我們選用了有抑菌作用的甘草萃取物參與試驗。加入甘草萃取物后，人工皮仍然沒有任何的沉淀物，可見黃原膠能有效防止沉淀物的生成。但加入甘草萃取物后，水凝膠變稀，磁石球用了少于1分鐘的時間便到達底部。因此，需要重新制定材料比例。以1∶1的比例加入更多海藻酸鈉以及黃原膠來增加稀稠度，使磁石球降至底部的時間達3分鐘。最后材料比例變?yōu)?.25克海藻酸鈉對應(yīng)2.25克黃原膠、0.5克甘草萃取物。此后，再對其抗菌能力進行測試。試驗結(jié)果顯示，加入甘草萃取物后的人工皮具有防菌和抑制細(xì)菌生長的能力。同時，也證明了以海藻酸鈉和黃原膠作為基本材料的人工皮能夠加入其他材料，以達至不同功效，如防疤。此發(fā)現(xiàn)為未來制作更具功效的人工皮奠定基礎(chǔ)。

總括而言，該次項目研究出的人工皮，不但不黏傷口、防菌及抑制細(xì)菌生長，相對于市面上的人工皮，其成本更低，更具經(jīng)濟效益，故可望解決移植皮膚供應(yīng)不足的問題。

責(zé)編/彭硯淼