高压湿热染色法制备吲哚菁绿荧光纱布及其在术中精准定位与防残留中的应用研究

《Polymer Journal》：Preparation of surgical indocyanine green-dyed gauze using an autoclave and its near-infrared fluorescence properties

为解决手术中纱布易残留、定位困难的问题，研究人员开展了利用高压灭菌器对棉纱布进行吲哚菁绿（ICG）染色的研究。研究优化了染色条件（ICG浓度1.5×10–4mol L–1、132℃、10–15分钟），并发现后续灭菌处理可进一步增强近红外荧光强度、减少染料泄漏。该荧光纱布可穿透10毫米以上组织被清晰观测，为术中靶区快速识别和降低纱布残留风险提供了创新解决方案。

　　

在外科手术中，棉纱布是止血、保护器官和引导切口的必备材料。然而，一个长期存在的临床难题是：纱布可能被无意中遗留在患者体内。这不仅会增加二次手术的定位难度与时间，还可能引发严重的并发症，如肠梗阻等。尽管现行惯例要求在手术前后清点纱布，并使用可X射线探测的纱线作为标记，但人工清点难免疏漏，而X射线成像又额外增加了时间和医疗负担。因此，临床迫切需要一种能够便捷、无创、实时定位手术纱布，以降低患者风险的新方法。

近年来，近红外（NIR）荧光成像技术为手术导航带来了革新。其中，吲哚菁绿（ICG）作为一种被批准用于临床的近红外发射荧光染料，因其良好的组织穿透性、较高的量子产率和公认的安全性而备受关注。理论上，如果能让纱布带上ICG荧光，医生就能在术中通过荧光成像系统轻松找到它，既能作为解剖标志引导手术，又能从根本上防止纱布残留。但理想很丰满，现实却很骨感：ICG与棉纤维的亲和力很低，难以牢固附着；即便染上，染料也可能在术中泄漏并重新附着到器官上，造成干扰；此外，ICG在水溶液中容易形成H-聚集体或J-聚集体，这些聚集体要么不发光，要么发光很弱，会严重削弱荧光信号。如何让ICG既牢牢“抓住”纱布，又能发出足够强的、可穿透组织的近红外荧光，成为了一个关键的科学与工程挑战。

为此，研究人员在《Polymer Journal》上发表了一项创新研究，他们另辟蹊径，利用医院里常见的高压灭菌器（autoclave）作为“染色锅”，开发了一种制备ICG荧光纱布的新工艺。研究核心是探索在高温（121–132℃）、高压水蒸气（0.21–0.29 MPa）条件下，用ICG水溶液对棉纱布进行染色的可行性。研究人员系统比较了两种工艺：工艺1是在高压灭菌器中132℃、0.29 MPa条件下染色；工艺2则是在80℃、常压的摇床中染色作为对照。染色后，纱布还经过了模拟手术准备的后续灭菌（PS）处理。研究通过测量纱布的颜色、近红外荧光光谱、荧光量子产率，以及在人工体液中的染料泄漏情况，全面评估了染色效果。

研究主要结果与结论如下：

浓度依赖性：研究发现，纱布的颜色深度和近红外荧光强度均随ICG溶液浓度（c_ICG）的增加而增加。在可见光下，染色的纱布颜色与未染色纱布几乎无异，但其内在的光学性质已发生改变。

关键发现：后续灭菌（PS）的荧光增强效应：这是本研究最突出的亮点。对于在最优条件（c_ICG= 1.5 × 10^–4mol L^–1，132℃）下染色的纱布，经过PS处理后，其荧光强度（χ_FL）提升了29%，荧光峰值波长（λ_max）从834 nm蓝移至829 nm，更接近ICG单体的发射波长。研究人员将这一现象归因于PS处理溶解了附着在纤维表面的ICG J-聚集体，使其解离为发光明亮的单体，并重新更牢固地固定于棉纤维上。

工艺对比：工艺1（高压高温）结合PS处理，能获得最强的荧光强度（χ_FL= 166）、最高的荧光量子产率（φ_FL= 3.9%）以及最短的优化染色时间（仅需10-15分钟）。相比之下，工艺2（常压低温）的纱布即使在PS后，其荧光峰值波长更长（837 nm）、量子产率更低（2.8%），表明其中含有更多的J-聚集体。

泄漏测试：在模拟体液的泄漏实验中，工艺1结合PS处理的纱布表现最佳，染料泄漏量极少且在60-120分钟内基本停止。而工艺2未经PS处理的纱布泄漏最严重。这证明了高压高温染色结合PS能极大程度地抑制ICG在术中的泄漏和再附着风险。

组织穿透演示：在手术场景演示中，将优化后的ICG荧光纱布放置于小网膜或结肠系膜后方（组织厚度约10 mm或以上），在白色光下不可见，但在近红外光激发下，其荧光能被成像系统（如da Vinci Xi的Firefly）清晰探测，并以绿色信号显示，实现了对遮盖组织下纱布的精准定位。

结论与意义：

本研究成功开发了一种利用高压灭菌器制备ICG荧光手术纱布的创新方法。工艺1（132℃, 0.29 MPa）结合后续灭菌处理被确定为最优方案，它能够在极短时间（10-15分钟）内完成染色，并产生强烈的近红外荧光。PS处理不仅没有削弱荧光，反而通过解聚J-聚集体显著增强了信号，同时极大地提升了染料在纱布上的固着力，有效抑制了泄漏。

这项研究的成功具有多重重要意义：

1. 1.
   临床问题导向：直接针对“术中纱布残留”和“深部组织定位困难”这两个长期存在的临床痛点，提供了一种集成于现有灭菌流程中的创新解决方案。
2. 2.
   技术方法创新：将普通的医用高压灭菌器改造为高效的“荧光染色仪”，方法简便，易于在医疗机构中实现和推广。
3. 3.
   性能优越：所制备的荧光纱布具有“隐形于可见光，显形于近红外”的特点，荧光信号强，可穿透厚组织，且染料不易泄漏，安全性和实用性高。
4. 4.
   应用前景广阔：该方法不仅适用于棉纱布，也可能扩展到其他含有极性基团的生物相容性材料，如尼龙、丝、羊毛、医用海绵和导管等，为开发一系列用于手术导航和医疗安全的荧光医疗器械开辟了新途径。

总而言之，这项研究巧妙地融合了材料科学、染料化学与临床医学需求，开发出的ICG荧光纱布如同一枚看不见的“荧光灯塔”，有望在未来的手术室中，为外科医生照亮解剖路径，同时守护患者的安全，避免“被遗忘的纱布”带来的伤害。