TWI386234B - 天然材質之手術縫線及其製法 - Google Patents

Description

天然材質之手術縫線及其製法

本發明關於一種天然材質之手術縫線，特別是一種由線狀細菌纖維形成的手術縫線；及關於一種製造該手術縫線之方法。

已知，由醋酸菌(Acetobacter xylinum)發酵所生合成的細菌纖維素(Bacterial cellulose)單根纖維直徑為20至100奈米，且具有微細孔洞結構、高親水能力、透明度及生物相容性高等特性，由於該等獨特性質，因而使細菌纖維經常被應用於各種領域，如工業領域中之音響振動板、過濾膜之材料；食品工業中作為椰果、膳食纖維之材料；生醫材料之應用包含燒燙傷保護膜、人工皮膚、人工血管等之材料；及紙業加工之高性能紙張，等用途。

先前技術中，美國專利申請案US 2007/0286884 A1揭示一種用於硬組織修復與再生之可植入的微生物纖維素材料(Implantable microbial cellulose materials for hard tissue repair and regeneration)，其以由醋酸菌生合成的細菌纖維素為材料基質，用在硬組織修復與再生期間作為填補骨空處之填充材料。於該前案之實施例中，將培養的細菌纖維素與可塑劑或能增進細胞增生之試劑結合，以改變骨填充材料的物性或化性，該前案中的醋酸菌培養於反應槽形成膜狀細菌纖維膜。

日本特許公開JP 2008-509253揭示一種利用二氧化氮(NO₂ )與全氟化三級胺製備氧化纖維素之方法，其主要為將二氧化氮溶解於氟化三級胺溶劑後，再加入纖維素中，利用冷凝管排出以中和反應時產生的氣體，於溫度控制下，反應7至24小時後，分別以醇類水溶液與100%醇類清洗，最後經乾燥而得到氧化纖維素。此先前技術主要涉及纖維素之改質方法與試驗，使用的纖維素原料可為棉、嫘縈及由醋酸菌所分泌合成之細菌纖維素，製得的氧化纖維素為生物可吸收，惟此先前技術完全未提及使用模具培養醋酸菌及直接收集線狀細菌纖維之技術。

日本特許公開JP平10-195713揭示一種細菌纖維素絲之製造方法及其培養裝置，其主要利用平板狀培養器培養醋酸菌，醋酸菌合成的細菌纖維會浮於培養溶液液面上，再利用捲曲器收集複數絲狀纖維層，並於收集過程中讓細菌纖維層通過十二烷基磺酸鈉(SDS)水溶液，使細菌失活。於此先前技術中，主要涉及用以培養連續狀細菌纖維之設備，惟未揭示有關手術縫線之應用。

目前，於美國藥典(United States Pharmacopeia，簡稱”USP”)中訂定縫線產品之性質與規格依據包含以下項目：1)包裝儲存，2)標示，3)長度，4)直徑，5)結節強力，6)附針，7)消毒，8)染色，針對縫線材質之物性要求主要為第4與第5項，其次為產品包裝。根據美國藥典29(USP 29)之縫線測試標準中規定縫線分類為1號線與2號線所定的規格，USP29分類1號線的平均縫線直徑為0.40至0.4999mm及平均結節強力第II類最低為1.81kgf或USP29分類2號線的平均縫線直徑為0.50至0.5999mm及平均結節強力第II類最低為2.54kgf。

另一方面，已知技術中，不同型態的細菌纖維一般使用風乾方式進行乾燥，但由此方式製得之線纖維堅硬、無彈性且強度弱。此外，已知技術未曾揭示將線狀細菌纖維用於製作供醫療用之手術縫線。

因此，本發明利用有特定規格之模具使醋酸菌在包括培養溶液之模具中發酵生合成以產生具有線狀結構及兼具有生物相容性的細菌纖維，及之後經由捲曲定型、凍乾及加捻之處理程序以形成醫療用之手術縫線。該線纖維較為柔軟，有彈性且強度轉強。

本發明之一目的在於提供一種天然材質之手術縫線，特別是一種由線狀細菌纖維形成的手術縫線，該手術縫線之纖維直徑為約0.40至0.599mm，及具有2.75kgf之平均結節強力。根據本發明之手術縫線特性已符合前述美國藥典29(USP 29)所訂手術縫線規格。

本發明之又一目的在於提供一種製造天然材質之手術縫線之方法，詳言之，在於提供一種製造細菌纖維之手術縫線之方法，其步驟包括：

(i)　於模具中培養醋酸菌；

(ii)　醋酸菌於模具中發酵產生細菌纖維；

(iii)　收集產生的線狀細菌纖維；

(iv)　使收集的線狀細菌纖維進行鹼洗以去除菌體；

(v)　將該線狀細菌纖維捲曲定型；

(vi)　將該捲曲定型的細菌纖維凍乾；及

(vii)　將經凍乾的細菌纖維進行加捻，以形成手術縫線。

根據本發明之一具體例，如圖1所示，包括：首先配製一培養基溶液，其包含約2%(w/v)葡萄糖、約0.5%(w/v)蛋白腖、約0.5%(w/v)酵母萃取物、約0.27%(w/v)檸檬酸與約0.27%(w/v)磷酸二鈉鹽；將醋酸菌菌落接種於培養基中，於26至30℃之恆溫水浴中培養18至24小時，形成菌液；接著，過濾菌液後，再將該菌液倒入含有2.5升至3升新鮮培養基之模具中；置於模具中的醋酸菌於26至30℃溫度條件下培養7至14天；收集形成的線狀細菌纖維，將該細菌纖維浸泡於70至90℃之0.5至3%(w/v)NaOH水溶液中約20至30分鐘；進行鹼洗步驟，以將纖維中的細菌體除去，之後再用水洗至中性；將該形成的線狀細菌纖維進行捲曲定型；之後將捲曲定型的細菌纖維平放鋪於不銹鋼板上，於-80℃的冰箱中冷凍4至6小時，接著再放入冷凍乾燥機中凍乾16至18小時，以抽除水分；最後，利用手工加捻或機器加捻方式進行加工，以獲得具有柔軟性、彈性及優異強度的手術縫線。

本發明方法中，使用的模具材質可為玻璃、不鏽鋼或鐵氟龍。如圖2a及2b所示，模具中包含複數個隔板，隔板的大小為長度約40公分、寬度約30公分、高度約5公分及厚度約0.5公分。

本發明方法中，可使用習用的捲曲定型程序進行處理線狀細菌纖維，以使該線狀細菌纖維在後續處理程序中不易脆化。本發明中，該捲曲定型程序為將線狀細菌纖維一端固定後，以順時針或逆時針方向旋轉50至100次，再平鋪於鋼板上。

經過捲曲定型的線狀細菌纖維接著進行凍乾處理，之後進行加捻程序，可使用手工加捻或機械加捻方式進行。本發明中，該加捻程序為利用紗線撚度測試儀進行加捻，其操作程序為將凍乾後之線狀細菌纖維一端固定後，以順時針或逆時針方向旋轉50至100次。

根據本發明之方法得到的天然材質之手術縫線具有柔軟、彈性及高強度之特性。另與已知的手術縫線技術相較下，本發明之線狀細菌纖維屬於天然材質，具有培養容易、製程簡單且具低污染之優異特性，其適用於製作手術縫線，甚且，本發明之方法中利用捲曲定型、凍乾及加捻之方式製得的手術縫線不僅可提高縫線強度且能通過動物試驗，適合用於醫療用途，並可以解決習知技術中使用諸如蠶絲之類的天然材質製成的縫線普遍存在之複雜的天然材質成份問題。另外，本發明之方法製程簡單，發酵所生合成之線狀細菌纖維不需要再經過純化或精煉即可獲得含高純度纖維素之纖維。

本發明藉由下述實施例更詳盡地說明，該實施例不意欲以任何方式限制本發明範圍，雖然設於大範圍的數字範圍和參數範圍是近似值，但儘可能精確地紀錄在特定的實施例中的數值。然而，任何數值固有地含有一定偏差，其係為在各個試驗檢測中必定會產生的標準偏差。

I.手術縫線之製作 實施例1(本發明)

準備一新鮮培養基，包含：2%葡萄糖，0.5%蛋白腖，0.5%酵母菌萃取物，0.27%檸檬酸，0.27%磷酸氫二鈉鹽。

準備一玻璃材質之具有長40公分、寬30公分及高5公分大小的模具，其內設置有複數個厚0.5公分的隔板，各隔板末端與模具寬度邊緣留有1.5公分的距離。將2.5升新鮮培養基倒入該模具中。

將單一菌落，醋酸菌(Acetobacter Xylinum)接種於20毫升之新鮮培養基中，於26℃之恆溫水浴槽中培養18小時，形成醋酸菌菌液，將該菌液以紗布過濾，之後將菌液倒入上述含有新鮮培養基之模具中，於26℃下培養7天，經發酵合成產生線狀細菌纖維。

收集模具中產生的線狀細菌纖維，將該線狀細菌纖維浸泡於80℃之1%NaOH水溶液中30分鐘，以去除細菌體，接著再以水洗至中性。

將得到的線狀細菌纖維進行捲曲定型程序，其操作條件為為將線狀細菌纖維一端固定後，以順時針或逆時針方向旋轉50~100次，再平鋪於鋼板上。

接著，將捲曲定型的細菌纖維平放鋪於不銹鋼板上，於-80℃冰箱中冷凍6小時，之後再放入冷凍乾燥機(型號：KINGMECH model NO:FD12-16P-D)中凍乾24小時，以保存結構並去除水份。

將上述凍乾的細菌纖維進行手工加捻程序，其操作條件為利用紗線撚度測試儀進行加捻，其操作程序為將凍乾後之線狀細菌纖維一端固定後，以順時針方向或逆時針旋轉50~100次。最後得到由凍乾的細菌纖維構成的手術縫線。

比較例1

準備一新鮮培養基，包含：2%葡萄糖，0.5%蛋白腖，0.5%酵母菌萃取物，0.27%檸檬酸，0.27%磷酸氫二鈉鹽。

準備一玻璃材質之具有長40公分、寬30公分及高5公分大小的模具，其內設置有複數個厚0.5公分的隔板，各隔板末端與模具寬度邊緣留有1.5公分的距離。將2.5升新鮮培養基倒入該模具中。

將單一菌落，醋酸菌(Acetobacter Xylinum)接種於20毫升之新鮮培養基中，於26℃之恆溫水浴槽中培養18小時，形成醋酸菌菌液，將該菌液以紗布過濾，之後加入上述含有新鮮培養基之模具中，於26℃下培養7天，經發酵合成產生線狀細菌纖維。

收集模具中產生的線狀細菌纖維，將該細菌纖維浸泡於80℃之1%NaOH水溶液中30分鐘，以去除細菌體，接著再以水洗至中性。

如同實施例1中所述的捲曲定型程序，將得到的線狀細菌纖維進行捲曲定型。

接著，將捲曲定型的細菌纖維平放鋪於不銹鋼板上，於室溫下自然風乾。

如同實施例1中所述的加捻程序，將上述風乾的細菌纖維進行加捻，以得到由風乾的細菌纖維構成的手術縫線。

II.手術縫線的物性試驗 A.直徑測量

根據美國藥典第29版手術縫合線之測試標準，對由實施例1得到的手術縫線實驗樣品進行直徑(單位：mm)量測。

於測試前對樣品施予拉伸斷裂強力1/5的預張力；依縫線之1/4、2/4、3/4位置裁下長度約0.5cm的樣品段，將其固定於載台上，真空鍍金；以SEM(JSM-5400)觀測纖維直徑。結果如圖3a至3f所示，在1/4位置測得的縫線纖維直徑為0.543mm(圖3a)、0.531mm(圖3b)，在2/4位置測得的縫線纖維直徑為0.500mm(圖3c)、0.478mm(圖3d)，及在3/4位置測得的縫線纖維直徑為0.456mm(圖3e)、0.456mm(圖3f)。由結果顯示，纖維直徑約介於0.40至0.599mm間，符合美國藥典29分類為1號線(直徑0.40至0.499mm)與2號線(0.50至0.599mm)之縫線規格。

B.結節強力(Knot-Pull tensile Strength)測試

根據美國藥典第29版手術縫合線之結節強力測試標準，對縫線實驗樣品進行結節強力之測試。

測試條件：夾頭距離為150mm；夾頭速度為300mm/min；全載負荷100N。

縫線樣品以UV照射16小時，打手術結後將兩端固定於模具上測試。

將實施例1之經過凍乾製程形成的手術縫線進行12次的結節強力(單位：kgf)測試，其平均值為2.75kgf。

將比較例1之經過風乾處理製程的手術縫線進行5次的結節強力測試，其平均值為0.54kgf。

由結果顯示，經過風乾製程的手術縫線(比較例1)之線纖維較堅硬、沒有彈性且強度低，測得的結節強力只有0.54kgf。對照下，根據本發明方法之經過捲曲定型、凍乾與加捻製程所得到的手術縫線(實施例1)之纖維較為柔軟、有彈性及強度較強，測得的結節強力為2.75kgf，其結節強力遠高於一般使用風乾程序處理得到的縫線，且除了能保持纖維柔軟度之外，更能使纖維具有較完整結構與強力。

III.手術縫線之動物試驗 A.老鼠表皮縫合測試

1.觀察老鼠皮膚之外觀，判定縫線之傷口癒合情形及組織適應性之評估。

本實驗採用四隻體重約為250至300g左右的雄性大白鼠，分別編號為(1)、(2)、(3)、(4)。以實施例1的細菌纖維縫線縫合傷口，縫線長度約25cm，利用浸泡70%之酒精消毒縫線。以麻醉劑(劑量：2.5mg/100g)注射老鼠，待老鼠昏迷後，使用剃毛器將老鼠背部毛髮剃除，將老鼠平趴於手術臺上，以碘酒消毒老鼠背部剃毛處，利用手術刀劃開約3公分之傷口，並進行縫合，每道傷口縫合四針，老鼠傷口縫合完畢，置於燈照下待麻醉甦醒，再送至動物房，分別於第七天與第十四天觀察傷口癒合情形，並於第十四天犧牲老鼠製作切片。

手術十四天後，以CO₂ 犧牲老鼠，照相觀察皮膚縫合處，以直剪由腹部中線剪開皮膚向上至下顎處向下延伸至腹腔底部，利用手術剪依序取下老鼠之內臟，包含心、肝、脾、肺、腎、胃，照相觀察其內臟之外觀。

觀察結果顯示(圖4a至4d)，老鼠之皮膚傷口皆已癒合完畢，且老鼠背部並無發炎、紅腫或壞死等組織反應，以肉眼觀察其各臟器之位置、外觀、色澤及大小皆正常。

2.觀察老鼠皮膚之切片，判定縫線對皮膚之發炎與刺激性

以10%中性福馬林固定液固定切取之皮膚，修片後將已固定之組織以酒精二甲苯及石蠟進行包埋製成切片，脫蠟後以蘇木紫及伊紅進行染色及封片，再以光學顯微鏡進行組織病理學切片檢查。

如圖5a至5d所示結果，老鼠之皮膚切片並無異狀，其中老鼠(4)之縫線周圍有單核球出現，但此為正常之異物反應(foreign body reaction)，而老鼠(1)、(2)、(3)並無發現縫線之存在，可能為傷口癒合後，縫線即自行脫落。

3.內臟器官切片觀察，觀察老鼠之內臟切片，判定縫線對老鼠之毒性反應

以10%中性福馬林固定液固定切取之皮膚，修片後將已固定之組織以酒精二甲苯及石蠟進行包埋製成切片，脫蠟後以蘇木紫及伊紅進行染色及封片，再以光學顯微鏡進行組織病理學切片檢查。

如圖6a至6f結果顯示，四隻實驗老鼠之臟器不論是外觀或細胞皆正常，老鼠體內並沒有毒性反應之發生。

B.檢測老鼠之血液，判定縫線對皮膚之發炎與毒性

老鼠以CO₂ 犧牲，以針筒採取心臟血液，送台大動物醫院檢測分析。

結果顯示老鼠血檢皆於正常範圍內。又如表1所示，老鼠(1)、(4)之白血球數均於正常範圍內，故無嚴重之發炎反應，其它血檢值均正常，顯示根據本發明製得的手術縫線材質無毒性，為一安全之材質。

由上述實驗結果可知，根據本發明，利用醋酸菌培養於模具中，使其發酵合成之細菌纖維呈現線狀形式，再將該線狀細菌纖維利用捲曲定型、凍乾及加捻之製程可製成增強縫線強力之手術縫線，且根據本發明製成的手術縫線已完成動物試驗及相關物性測試，能符合醫療應用之標準。

述於本文之本發明的實施例僅為具體實施例，在不悖離本發明的精神與範圍下可進行各種改質及改良，本發明的範圍由隨附的申請專利範圍指明，及所有等同物與均等範圍的改變均涵蓋其中。

圖1為本發明製造天然材質之手術縫線的具體實施流程。

圖2a為實施本發明之培養模具圖示。

圖2b為實施本發明之培養模具的尺寸規格。

圖3a、3b為本發明之縫線之1/4位置樣品段之檢測纖維直徑之SEM圖。

圖3c、3d為本發明之縫線之2/4位置樣品段之檢測纖維直徑之SEM圖。

圖3e、3f為本發明之縫線之3/4位置樣品段之檢測纖維直徑之SEM圖。

圖4a、4b、4c、4d為手術十四天後對老鼠之傷口癒合與臟器觀察。

圖5a、5b、5c、5d為本發明之手術縫線對老鼠皮膚之發炎與刺激性判定。

圖6a、6b、6c、6d、6e、6f分別對老鼠器官心、肝、脾、肺、腎及胃切片判定本發明之縫線對老鼠之毒性反應。

Claims (11)

1. 一種製造天然材質之手術縫線之方法，其包括步驟：(i)於模具中培養醋酸菌；(ii)醋酸菌於模具中發酵產生細菌纖維；(iii)收集細菌纖維；(iv)使收集的細菌纖維進行鹼洗以去除菌體；(v)將纖維捲曲定型；(vi)將纖維凍乾；及(vii)進行加捻以形成手術縫線；其中步驟(vi)係在-20至-80℃下4至6小時，再於冷凍乾燥機中16至24小時進行。
2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中步驟(i)前，先將醋酸菌接種於培養基中，於26至30℃之恆溫水浴中培養18至24小時，再將菌液倒入含新鮮培養基之模具中。
3. 根據申請專利範圍第2項之方法，菌液經過濾後再倒入模具中。
4. 根據申請專利範圍第2項之方法，其中培養基包含2%(w/v)葡萄糖、0.5%(w/v)蛋白腖、0.5%(w/v)酵母萃取物、0.27%(w/v)檸檬酸、0.27%(w/v)磷酸二鈉鹽。
5. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中步驟(ii)中，該醋酸菌在模具中於26至30℃溫度下培養7至14天。
6. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中步驟(iv)中係將細菌纖維浸泡於70至90℃、0.5至3%(w/v)NaOH水溶液中20至30分鐘。
7. 根據申請專利範圍第1項之方法，步驟(iv)之後纖維進一步經水洗至中性。
8. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中步驟(vii)係藉由手捻或機械加捻進行。
9. 一種手術縫線，其由申請專利範圍第1至8項中任一項之方法製得。
10. 根據申請專利範圍第9項之手術縫線，該手術縫線之纖維直徑為0.40至0.599 mm，及具有結節強力為1.91至3.28 kgf。
11. 根據申請專利範圍第10項之手術縫線，該手術縫線具有2.75 kgf之平均結節強力。