蔣成素，樊文艷，孟胤妤，任曉艷，楊定英，古衡芳，肖雁冰

(遵義醫(yī)學院附屬婦女兒童醫(yī)院 婦科，貴州 遵義 563000)

曼月樂是一種兼?zhèn)浔茉泻椭委熥饔玫男滦蛯m內節(jié)育系統(tǒng)(LNG-IUS)，具有避孕效果好、副作用少等特點，深受廣大婦女的青睞[1-2]。但是，曼月樂為“T”形宮內節(jié)育器，支架(橫臂和縱管)為聚乙烯，是典型的柔而韌的高分子材料[3]，與傳統(tǒng)的IUD中的聚乙烯作用一樣，其支架只起到機械支撐作用，故使曼月樂在臨床應用中出現(xiàn)下移、甚至脫落現(xiàn)象，致使治療效果和避孕效果受到影響；縱管外包有聚二甲基硅氧烷的膜控制LNG的釋放，而支架聚乙烯為惰性材料，當存放在縱管中的LNG釋放殆盡或明顯衰減后，其避孕效果將會下降[4-5]。因此，課題組結合納米銅的納米效應及銅離子的避孕作用，高分子材料硅膠作為聚合物基體對銅離子可控，避免了金屬銅和子宮內膜直接接觸所產生的副作用，左炔諾酮的藥理特性和鈦鎳合金絲的超彈性能為材料，研發(fā)一種既可用于治療目的，又兼具避孕作用，同時能克服或減少曼月樂以及一般宮內節(jié)育器副作用的新型宮內藥物緩釋系統(tǒng)，即“記憶合金硅膠宮內緩釋系統(tǒng)”，本研究是“一種評價LNG濃度梯度的仿子宮體模建立的實驗研究”項目的組成部分[6]，為研制適于制作MAS-IUS的外膜而設計，旨在通過實驗，觀察不同含量納米銅的納米銅硅膠膜的結構特點，并對不同納米銅含量的膜的熱穩(wěn)定性、力學性能、吸水性能進行對比分析，為下一步MAS-IUS的研制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與材料 ①雙輥開煉機(東莞市寶品精密儀器有限公司，型號BP-8175-A)；②電子天平(諸暨市超澤衡器設備有限公司，JM型，精確度：0.001 g)；③A、B兩種組分的室溫硫化硅膠(東莞市國創(chuàng)有機硅膠有限公司)；④納米銅(昆山德陽新材料科技有限公司，粒徑是300 nm)；⑤電子游標卡尺(杭州南工量具有限公司，型號QR/0-150 mm,精確度：0.01 mm)；⑥X線衍射(XRD)(日本島津型號XRD-6100)；⑦ 掃描電鏡(SEM)(日本日立公司S-3000N)。

1.2 實驗方法 不同含量納米銅的納米銅硅膠膜的制備:用電子天平分別稱取4份50 g硅膠A、50 g硅膠B置于100 mL的燒杯中混合，分別加入1%、2%、3%、4%(質量比)的納米銅，常溫下在雙輥開煉機上攪拌均勻，制成1 mm厚的納米銅硅膠膜，在25 ℃的溫度下硫化24 h，以電子游標卡尺測量四個徑線求平均值，以誤差在0.02 mm為可控范圍。

1.3 分析測試(上海微譜化工技術服務有限公司材料測試實驗室)

1.3.1 X線衍射分析(XRD) 納米銅、硅膠、納米銅硅膠膜分別利用X線衍射分析(日本島津型號XRD-6100)進行分析測試，掃描的速度是5°/min，衍射角的范圍是10°～80°，步長= 0.01°，波長=1.540 56 ?。

1.3.2 掃描電鏡的測試(SEM) 納米銅、納米銅硅膠膜分別經(jīng)過真空干燥處理48h，離子電射噴金，采用日本日立公司S-3000N掃描電子顯微鏡觀察納米銅的形態(tài)和尺寸，以及觀察納米銅在硅膠基體材料中的分布情況。

1.3.3 熱穩(wěn)定性分析 采用熱重分析儀 TGA Q50測試納米銅硅膠膜熱穩(wěn)定性，置于氧化鋁坩堝中，溫度范圍從室溫升到800 ℃，升溫速度為10 ℃/min，N2氣氛，測量整個升溫過程中納米銅硅膠膜的熱重(TG)曲線。

1.3.4 力學性能測試 按照GB/T 531.1-2008標準，用邵氏硬度計 LX-A測試納米銅硅膠膜的硬度；按照GB/T 528-2009標準，用電腦系統(tǒng)拉力試驗機 TCS-2000測試納米銅硅膠膜的拉伸強度，扯斷伸長率；按照GB/T 529-2008標準，測試納米銅硅膠膜的撕裂強度。

1.3.5 吸水性能測試 按照GB/T 1034-2008標準，將納米銅硅膠膜放入無水氯化鈣干燥皿中，保持恒溫37±1 ℃，24 h后，將納米銅硅膠膜放到另一個干燥皿中，冷卻到室溫，取出稱重(m1)，準確到小數(shù)點后四位即0.000 1 g。然后將納米銅硅膠膜用細線懸吊，分別浸沒到裝有恒溫37±1 ℃的蒸餾水中存放1周，取出后用蒸餾水沖洗，用濾紙將納米銅硅膠膜表面拭干，空氣中揮干15 s稱重(m2)，在取出后1 min稱重，按下列公式計算吸水率：吸水率M%=[(m2-m1)/m1]×100%。

2 結果

2.1 納米銅的表征 圖譜中有3個衍射峰(見圖1)，2θ分別為43.28°、50.4°、74.2°均為納米銅的特征衍射峰，沒有發(fā)現(xiàn)任何雜質的衍射峰，是單質銅，沒有氧化銅和氧化亞銅的單晶衍射峰。

圖1 納米銅粉的XRD譜圖

掃描電鏡下(見圖2)，可以看出納米銅形態(tài)呈球形，大部分粒徑約300 nm，團聚現(xiàn)象比較嚴重，納米銅團聚的直徑為1 200 nm左右。

圖2 納米銅粉的SEM照片(×3 000)

2.2 納米銅硅膠膜結構特點的研究

2.2.1 XRD分析 硅膠，納米銅硅膠膜的XRD圖(見圖3)，圖3A是空白樣硅膠的XRD圖，可以看出硅膠內有少量的晶形結構。圖3B是納米銅硅膠膜的XRD圖，與圖1相比較，可以看出納米銅的衍射峰在膜中沒有受到影響，說明本實驗用于添加到硅膠基體材料中的納米銅沒有受到影響，仍然是硅膠和納米銅的混合物，沒有產生其它新的物相。

2.2.2 SEM分析 不同含量(質量比)納米銅的納米銅硅膠膜的掃描電鏡圖(見圖4)，可以看出納米銅濃度為1%時，在膜中分散較均勻，極少發(fā)生團聚，而隨著納米銅濃度的逐漸增加，納米銅由于表面效應而出現(xiàn)少許團聚現(xiàn)象，當納米銅濃度達到4%時，膜中納米銅的團聚現(xiàn)象就越嚴重。

A:硅膠的XRD圖譜；B:納米銅硅膠膜的XRD圖譜。

A: 1%納米銅硅膠膜SEM照片；B: 2%納米銅硅膠膜SEM照片； C: 3%納米銅硅膠膜SEM照片；D:4%納米銅硅膠膜SEM照片；(×1 000)。

2.3 納米銅硅膠膜的熱穩(wěn)定性分析 不同納米銅含量(質量比)的納米銅硅膠膜的熱失重曲線(見圖5)，選用失重率為5%的溫度作為熱分解起始溫度，并用該熱分解起始溫度來表示膜的熱穩(wěn)定性；隨著納米銅含量的逐漸增加，熱分解起始溫度明顯提高，質量損失率減少，膜的熱穩(wěn)定性明顯提高(見表1)。

A:1%納米銅硅膠膜的熱失重曲線；B: 2%納米銅硅膠膜的熱失重曲線；C:3%納米銅硅膠膜的熱失重曲線；D: 4%納米銅硅膠膜的熱失重曲線。

表1 不同納米銅含量的納米銅硅膠膜熱穩(wěn)定性相關數(shù)據(jù)

2.4 納米銅硅膠膜的吸水性能分析 納米銅硅膠膜的吸水性能(見圖6)，可以看出，隨著納米銅含量的增加，材料的吸水性能增加。

2.5 納米銅硅膠膜的力學性能分析 由圖7可知隨著納米銅含量的增加，納米銅硅膠膜的拉伸強度、扯斷伸長率及撕裂強度均呈下降趨勢；而其硬度呈增加趨勢。

圖6 納米銅硅膠膜的吸水性能隨納米銅濃度的變化趨勢

A:不同納米銅濃度的納米銅硅膠膜的拉伸強度；B: 不同納米銅濃度的納米銅硅膠膜的扯斷伸長率；C:不同納米銅濃度的納米銅硅膠膜的撕裂強度；D: 不同納米銅濃度的納米銅硅膠膜的硬度。

3 討論

3.1 納米銅硅膠膜的組織與結構 實驗結果表明，納米銅在納米銅硅膠膜中保持其原來的晶形結構，說明本實驗用于添加到硅膠基體材料中的納米銅沒有受到影響，仍然是硅膠和納米銅的混合物，沒有產生其它新的物相，理論上推測，不會影響納米銅的避孕作用。隨著膜中納米銅含量的增加，納米銅的團聚現(xiàn)象越重。這是因為一方面納米銅的粒徑小[7]，比表面積大[8]，表面活性高，極不穩(wěn)定，很容易與鄰近的其它原子結合，使其趨于穩(wěn)定化，所以易團聚在一起；另一方面納米銅間存在靜電作用力、范德華作用力及吸附力[9]等特點，使得納米銅極易發(fā)生團聚[10]，納米銅在膜中聚集成團聚體，使得納米銅的粒徑由納米級變成微米級，比表面積和表面能隨之降低，化學穩(wěn)定性降低，轉化率也會降低，有效利用率受到影響，并且使納米銅不能發(fā)揮納米材料的獨特優(yōu)勢，可能會降低納米銅硅膠膜的避孕效果。

3.2 不同含量納米銅的納米銅硅膠膜的的性能

3.2.1 納米銅硅膠膜的熱穩(wěn)定性分析 實驗結果表明，隨著納米銅濃度的增加，納米銅硅膠膜的熱穩(wěn)定性明顯提高。納米銅硅膠膜作為一種新型的宮內節(jié)育器材料，在制作為成品IUD時，有兩條途徑選擇，一是一次性成形，即將納米銅和硅膠通過機械攪拌均勻直接通過注塑或者模壓形式得到成品IUD；二是將納米銅和硅膠通過機械攪拌均勻制成復合材料，再將復合材料加工成成品IUD。無論采取哪種成形方式，在制作成商品IUD的過程中都需要熱加工，而熱加工溫度的選擇尤為重要，溫度過高和溫度過低都會影響成品IUD的質量，故可通過調整納米銅的比例改變納米銅硅膠膜的熱加工溫度，因此納米銅硅膠膜的熱穩(wěn)定性可為以后制備新型的IUD提供實驗依據(jù)。

3.2.2 納米銅硅膠膜的力學性能分析 實驗結果表明，隨著納米銅濃度的增加，膜的拉伸強度、扯斷伸長率及撕裂強度均呈下降趨勢，硬度呈增加趨勢。納米銅硅膠膜作為一種新型的宮內節(jié)育器材料，需長期放置于人體子宮中，故對其力學性能有嚴格要求。若力學性能過低會導致膜易斷裂或撕裂，而納米銅硅膠膜力學性能與納米銅的粒徑以及分散情況有關。隨著納米銅硅膠膜中納米銅含量增加，納米銅的分散性較差，出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，納米銅的粒徑由納米級變成微米級，因而力學性能受到影響，因此可以通過調整膜中納米銅的含量以及改善納米銅的分散性來改變其力學性能，使其達到醫(yī)用材料的標準。當納米銅濃度達到3%時，拉伸強度達到5.96 mPa，扯斷伸長率156%，邵氏A硬度58，撕裂強度為18 kN/m,綜合力學性能達到醫(yī)用材料的國際標準。

3.2.3 納米銅硅膠膜吸水性能分析 實驗結果表明，隨著納米銅含量的逐漸增加，納米銅硅膠膜的吸水性能呈增加趨勢。吸水性能增加的原因：一是納米銅本身是親水性物質，以及納米銅的尺寸效應作用[11]；二是納米銅團聚現(xiàn)象存在。納米銅硅膠膜作為一種新型的含銅IUD材料，就是需要它在減少副作用的同時，能夠釋放出具有增強避孕作用的銅離子，而納米銅硅膠膜中的銅需要與水溶液接觸后才能發(fā)生化學反應釋放出銅離子，除了膜表面的銅直接和溶液接觸外，其內部的銅需要溶液的滲入，好的吸水性能有利于溶液向材料內部的滲入以及銅離子的釋放，因此，材料的吸水性能影響到銅離子的釋放，從而對IUD的避孕效果造成影響。故吸水能力對新型宮內節(jié)育器避孕效果至關重要。通過調整膜中納米銅的含量，改變其吸水性能，為新型宮內節(jié)育器的制備提供實驗依據(jù)。

因此，納米銅硅膠膜作為一種新型的宮內節(jié)育器材料，Cu利用率高，Cu離子可控釋，避免“爆釋”現(xiàn)象的發(fā)生，避免金屬銅與子宮內膜直接接觸，解決了現(xiàn)有Cu-IUDs存在的金屬銅和子宮內膜直接接觸帶來了副作用的問題，還可以大幅度的減輕現(xiàn)有含銅宮內節(jié)育器的出血疼痛等副作用，是一種極具應用前景及研究價值的新型宮內節(jié)育器材料。