亲水性聚氨酯在医用敷料方面的应用.docx

亲水性聚氨酯在医用敷料方面的应用张莉，赵修文，于文杰，李博，张利国(黎明化工研究院，河南洛阳 471000)摘 要: 简要介绍了亲水性高分子材料在医用敷料方面的应用，重点介绍了亲水性聚氨酯医用敷料的制备方法及应用情况，概述了国内外亲水性聚氨酯敷料的研究状况，并对其应用前景进行了展望。关键词: 亲水性；聚氨酯；医用敷料 中图分类号: tq323.8；r318.08文献标识码: a文章编号: 1672-2191(2009)05-0022-04随着科技的发展，高分子材料已渗透到人们生活的各个领域，并成为人们生活中不可缺少的材 料。亲水性高分子材料因其具有优异的吸水、保水 功能而被广泛应用于农业、园林、化工、医疗卫 生等领域。高分子亲水材料主要是通过主链或侧链 上的亲水基团，如羟基、酰胺基、羧基、磺酸基 等与水分子相互作用而吸水。主要类型有聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇类、醋酸乙烯共聚物类、聚氧化乙烯类、淀粉接枝共聚物类、聚氨酯类等。文中 主要阐述聚氨酯类亲水材料在医用敷料领域的应 用。源广泛，适合大规模生产，具有较好的吸液保液能力，生物相容性也较好，且创面在合成敷料覆盖 下，产生微湿、微酸和低氧环境，加速创面坏死 组织自溶性清创，同时促进组织修复和再上皮化。 因此，目前人们对合成敷料的研究也颇多，主要包 括聚乙烯醇类发泡敷料和聚氨酯类敷料。孙兆黎等人2 以高分子聚乙烯醇缩甲醛多孔材 料为载体，物理吸附方法结合抗菌药物制成了一种伤口敷料。该敷料不与伤口粘连，无过敏及毒副 作用， 换药时操作简便。 虽然聚乙烯醇缩醛类发泡材料具有优异的吸水 性，但其在干态下是冲击强度高、压缩弹性模量大 的硬质泡沫塑料，吸水后才会变成富有弹性的材料，因此会给患者伤口带来不适。而聚氨酯类材料尤其是亲水性聚氨酯软泡，则不存在这种情况，它 在干燥和吸水的情况下都是柔软的，患者使用起来 感觉舒适。此外聚氨酯具有优良的生物相容性，无 致畸变作用，无过敏反应；优良的抗凝血性能； 毒性试验符合医用要求；优良的韧性和弹性，加工性能好，加工方式多样等诸多优点。这些优点使得亲水性聚氨酯材料在敷料方面的应用被广泛研 究。其主要以薄膜、泡沫、水凝胶等形式用于医 用敷料。聚氨酯水凝胶用于创伤敷料可减少外界细菌及 微生物对伤口的污染，有效阻止体液损失，并且能给伤口传送养分，保持一定的润湿度从而加速创口的愈合。cardio tech 公司于 2003 年研制出亲水 性聚氨酯水凝胶创伤敷料，商品名为 spyroderm ， 意为 “可呼吸人造皮肤 ”。 这种敷料呈透明凝胶 状，可用于溃疡、擦伤、创口及烧伤的皮肤。这 类 pu 水凝胶可直接包敷在伤口上，容易移除，而1亲水性高分子材料在医用敷料领域的应用科技的发展使人们对医用敷料的要求不断提高。传统敷料如纱布、棉花等易滋生细菌，创面渗出液易与干燥真皮组织一起形成痂皮，妨碍上皮 化；同时创面易与敷料粘连，换药揭起时引起疼 痛，带来二次创伤。这些传统敷料已不能满足人们 的要求，因此各种新型敷料不断出现，其中有生物 体敷料，如异体皮敷料、胶原敷料、海藻酸敷料，以及合成敷料等。常用的合成敷料有聚乙烯醇、聚氨酯、丙烯酰胺、羧甲基纤维素等材料 1 。现代 创伤敷料除了应有良好的生物相容性外，还要求具 有良好的吸液、保液透湿和隔菌功能，既要避免积 液，又要保持适当的创伤小气候，防止结痂，以 利于创面的愈合，同时还要能起到隔菌作用，以防止创面感染。人们探索研究的一些生物材料，如猪皮、羊 膜、 胶原、 壳聚糖、海藻酸盐等， 均存在强度、 弹性、透湿性不理想，吸湿引流效果欠佳，与人 体有排异作用，运输、储存不便等缺点，使其难 以大规模广泛使用。而亲水性合成材料由于原料来收稿日期: 2009-05-31作者简介: 张莉(19 8 3 - ) ，女，黑龙江海林人 ，助理工程师 ，从事软质聚氨酯泡沫研究。 电子信箱: 张莉等 亲水性聚氨酯在医用敷料方面的应用 23 且不需要在检查伤口时移去3 。聚氨酯泡沫型敷料的结构具有多孔性，对液体 有较大的吸收容量，氧气和二氧化碳几乎能完全通 过；可制成各种厚度；对创面有较好的保护作用， 加入药物还可促进伤口愈合；保温、保湿能力较 强，提供利于伤口痊愈的微环境；而且这种敷料 质轻柔软，患者使用较舒适；此外，还具有无毒、使用安全，生物相容性好等特点。 韩国 biopol 有限公司生产的 medifoam 聚氨酯 湿性泡沫敷料，具有小于 20m 的微孔(其他同类产 品聚氨酯微孔多在 100 m 以上)，可有效阻止新生 上皮细胞长入。该产品能垂直吸收并锁定渗出液， 保护层瞬间形成凝胶，使伤口在微湿的环境下得到呵护，完全不粘连伤口，减少更换次数，缩短伤口愈合时间，减轻患者的痛苦；同时能有效屏蔽 细菌和病毒等微生物的侵入和滋长。聚氨酯水凝胶应用于创伤敷料，具有良好的伤 口结合性、较强的吸水性及可载药性等优点，但由 于水凝胶固有的机械性能较差而有一定局限性。因此将聚氨酯水凝胶与泡沫、薄膜或其他聚合物水凝胶复合而成的负载各种抗生素及生长因子的敷料将 是今后的发展趋势4 。类似的产品有 avitar 公司的 hydrasorb 聚氨酯敷料及 tyco 公司的 hydrofoam 敷料 5 。2亲水性聚氨酯泡沫敷料的制备及应用目前制备亲水性聚氨酯的方法主要有 2 种，一 种是在配方中加入吸水性物质，使之填充到泡沫 中，通过这些吸水性物质达到吸水目的。吸水性 物质有改性淀粉吸水性树脂、丙烯酸酯及其盐类聚 合物等。美国专利6 和7 均采用添加吸水材料的 方法制备了厚度在 110 cm，密度在 0.160.8 g/cm3 的敷料。robert 等人8 制备的敷料主体部分为聚氨 酯软质开孔泡沫，并在聚氨酯泡沫中均匀掺杂吸水 剂， 如甲基纤维素、 果胶、 凝胶、 壳聚糖等， 以及超强吸水树脂如淀粉接枝的丙烯酸钠、丙烯酰 胺等。但由于这些吸水性物质是分散在泡沫体中 的，易溶解在水中随水析出，因此使用受到限制。另一种方法是通过在聚氨酯分子链中引入亲水 基团如氧化乙烯链节，来提高聚氨酯的吸水性。由 于氧化乙烯链节不像氧化丙烯链节有疏水基团 - ch 3 ，使得聚氨酯分子链的空间位阻大大减小， 因此更利于醚氧键 -o- 的弯曲聚集，以及与水形成 氢键；水的进入也使聚氨酯具有溶胀作用，提高了分子链的运动能力，有利于水分子的进入和扩散，从而使含有氧化乙烯链节的聚氨酯具有亲水性。因此，目前一般多采用聚乙二醇或富含氧化乙 烯的多元醇为原料来制备亲水性聚氨酯泡沫。2.1 聚乙二醇为原料程莉萍等人9 采用两步法进行合成，首先用脱 水聚乙二醇、甘油、tdi( 甲苯二异氰酸酯) 按计量 加入三颈瓶，搅拌混合，8085 反应 9 0 min ，得 到黏稠预聚体。然后用聚醚 n3010、催化剂及其他 助剂，高速搅拌，倒入模具中发泡成型。制得亲 水性聚氨酯软泡，聚氨酯软泡作为载体采用预聚体 法、填充法、浸渍法，制备抗菌创伤敷料。并对4 种抗菌剂( 超微 tio 2 粉末、磺胺嘧啶银、磺胺、 硝酸银) 制备的敷料的抗菌效能进行了比较，实验 结果表明，填充法制备的抗菌敷料抗菌效果较好。黄忠兵等人10 制备了一种双层结构的聚氨酯敷 料。外层为改性聚氨酯弹性体薄膜，起到透湿和隔 菌的功能；内层为亲水性聚氨酯软质泡沫，起到 吸收创面渗出液和载药的作用。其制备方法是聚乙 二醇与异氰酸酯在催化剂和交联剂的作用下反应制 得预聚体，然后将预聚体同溶剂如醋酸乙烯酯或丙 酮混合，倒在聚四氟乙烯板上刮涂，在 0 下固化4 5 h 制得薄膜。另外，预聚体中加入水或其他发 泡剂，制得细孔的软质聚氨酯泡沫。采用不同相对 分子质量( m r )的聚乙二醇和不同用量的交联剂来调 节材料的结构和性能。郑昌琼等人11 用亲水性聚氨酯软泡沫切片与透 湿、透气、防水、隔菌的聚氨酯薄膜复合制得结 构如图 1 所示的创伤敷料。其中外层 1 是聚氨酯薄 膜，内层 2 为聚氨酯软泡切片，3 为剥离纸。其 制备方法如下：在室温下将聚乙二醇、tdi - 80 和 丙三醇搅拌均匀，在 8090 反应 9012 0 min 制得 聚氨酯预聚体，室温下将聚醚、有机锡催化剂、叔 胺催化剂、开孔剂、稳定剂、水等混合均匀，然 后加入聚氨酯预聚体，搅拌后在室温发泡，熟化2 4 h ，切片制得聚氨酯软泡切片；聚氨酯预聚体配 成质量分数为 40%50 % 的丙酮溶液或 n , n - 二甲 基甲酰胺溶液，再加水，流延成膜，然后在 4080 除去溶剂，室温固化 162 4 h ，制得聚氨酯薄膜。 andrew 等人12 制作了一种伤口敷料，它是由具有吸水性和弹性的聚氨酯泡沫薄片和一种具有黏 附性的单面开孔的聚氨酯薄片粘贴在一起的。可通 过调节聚氨酯的化学组成和薄片泡孔的结构来改变 吸收量和吸收速率等参数，以适合不同伤口如溃 烂、烧伤、流出液较多或较少等不同情况。制备321图 1 敷料结构示意图fig.1 schematic diagram of dressing structurea b图 2 伤口敷料示意图fig.2schematic diagrams of wound dressing化学推进剂与高分子材料chemical propellants & polymeric materials 24 2009 年第 7 卷第 5 期吸收层泡沫可通过聚乙二醇和丙三醇与 tdi 反应而得，也可使用 w.r.grace 公司生产的 hypol 系列产 品。样可避免伤口表面过干；敷料的背面一层不吸水，以防止渗出液渗漏。敷料示意图如图 2 所示，图 2a 为敷料未吸收伤口渗出液的情况，图 2b 为吸收渗出 液后发生膨胀的伤口敷料。2.2 富含氧化乙烯的多元醇为原料朴明焕等人13以 tdi 和含质量分数 75% 氧化乙 烯的氧化乙烯/氧化丙烯三羟基无规聚合物 tr-705 (韩国 polyol co.制造)为原料制备预聚物，然后向预 聚物中加入质量分数 26.7% 的水发泡剂、14.1% 的 甘油交联剂及 1.4% 的 l - 64 表面活性剂进行混合， 高速搅拌注入到模具中成型，制得亲水性聚氨酯泡 沫敷料。所得泡沫具有直径为 108 0 m 的微孔， 具有相对较高的吸收率、湿透度，并将从伤口吸收 的分泌液保留在其内，从而使伤口维持在湿润的环 境下。v . 蒂德等人14 用 mdi( 二苯基甲烷二异氰酸酯)基混合物同聚醚多元醇反应制得预聚物，该异氰酸 酯混合物含有质量比为 25:75 至 80:20 之间的 2,4- mdi 和 4,4 - mdi ，聚醚多元醇采用从 enichem 购得 的 nixolen vs 40 和从 arch 购得的 poly22 - 56 (氧化乙烯质量分数分别为 75% 和 80%)。然后预聚 物同水相 a 1 ( 含有从 b a s f 购得的表面活性剂 pluronic pe6800 ，质量分数 2%) 、a2( 含有从henkel 购得的表面活性剂 emulgade 1000ni ，质 量分数 2%) 反应制得泡沫，性能测试数据显示由 mdi 基异氰酸酯制备的亲水聚氨酯泡沫展现出与 tdi 基亲水聚氨酯泡沫相当或更好的性能。美国专利15 中利用聚氨酯吸水泡沫制备了一 种伤口敷料。接触皮肤层采用一种有切口的吸水聚氨酯薄膜，中间吸收层使用从 johnson johnson medical 公司购买的商标为 tiwlle 的聚氨酯泡沫， 或由氧化乙烯 / 氧化丙烯共聚的 hypol 预聚物制备 而成，背面采用不透水的聚氨酯薄膜。当伤口出现 渗出液时，一部分被皮肤接触层吸收，另一部分透过接触层切口，被聚氨酯吸收层吸收，吸水层发生膨胀，使得皮肤接触层的切口变大，以便吸收更大 量的渗出液。当伤口渗出液较少或没有的时候，吸 水层收缩不再膨胀，皮肤接触层的切口也关闭，这美国专利16 提供了一种制备泡沫创口敷料的方法，由 6 g 甲醇同 50 g nco 质量分数为 1.2% 的预 聚物 hypol hydrogel 混合，然后加水 4 4 g ，剧烈 搅拌后倒在离型纸上，用不锈钢板刮涂，然后在80100 的烘箱内熟化 3 0 min 。泡沫的密度达到0.38 g/cm 3 ，断裂伸长率达 930% ，吸盐率达 10. 7 g/g ，泡孔尺寸规则，适合作伤口接触材料。另外，在预聚物中掺杂丙烯酸乳浊液，制成泡沫的密 度为 0.35 g/cm3，断裂伸长率达 1 000%，吸盐率达8.5 g/g，加入的丙烯酸乳液只在很小程度上减小了 吸液能力。 美国专利17用异氰酸根封端的预聚物同水(或 其他羟基化合物)及 0.030.3 份天然或合成橡胶混合制得弹性和舒适性好的聚氨酯敷料。其具体实施方 法如下：丙烯酸乳液 primal n-582(rohm & hass 公司生产)1 0 g 同 3 4 g 水搅拌混合，6 g 甲醇加入到50 g hypol fhp2002 预聚物中搅拌混合，然后将丙 烯酸乳液同 hypol 混合物搅拌混合后倒在离型纸上，在 80 100 烘箱中熟化 3 0 min 。冷却后可切成所需形状和尺寸。泡沫密度为 0.42 g/cm 3 。 美国专利18 介绍了一种不粘连的伤口敷料。含有异氰酸根的预聚物，加入催化剂、交联剂进行 混合，浇注到适当的基底上，在足量水蒸气的存在 下进行熟化。薄膜的水蒸气透过率0.47 kg/(m2.d)。其具体实施方法如下：1 55 0 g hypol 2003(w. r. grace)剧烈搅拌至体积增加 1 倍，54 ml pluronic l-64 (basf)和 12 ml 二甲基乙醇胺的混合物在 2 min 内 加入到 hypol 2003 中剧烈搅拌，所得混合物倒在剥 离纸上进行刮涂，厚度为 0. 5 mm ，然后在 20 ， 相对湿度为 68% 的环境下熟化，30 min 内泡沫薄膜的厚度升至 1 0 mm 。所得聚氨酯泡沫薄膜表面光滑。graham 等人在专利19 中介绍了一种伤口敷 料，其主体层是一种有弹性的吸湿性聚氨酯泡沫张莉等 亲水性聚氨酯在医用敷料方面的应用 25 层，伤口接触层是湿气可透过的亲水性泡沫层，细菌阻隔层是抗菌透气泡沫。 主体层可吸收至少 10 倍于自身质量的液体。制备主体层聚氨酯泡沫的配方如下( 均为质量份)：dm50 水 n e m k29 td80 其中 lexorez0.82.920.1241.91102-50a 为聚酯多元醇(羟值polyolpolyolt d i 1(富含氧化乙烯)2(支链为氧化乙烯)752536.50.005 0 mg(koh)/g ，inolex chemical company) ，f45 (fomrez 45) 为 crompton 公司的羟值为 5 0 mg (koh)/g 的亲水性聚酯多元醇，b8301 为 goldschmid chemical 公司的硅表面活性剂，dm50 为一种抗菌 剂，nem 为一种胺催化剂，k29 为辛酸亚锡催化 剂，td80 为 80% 2,4-tdi 与 20% 2,6-tdi 的混合 物。所得泡沫密度为 3235. 2 kg/m 3 。dmea( 二甲基乙醇胺)teda( 三亚乙基二胺) 泡孔稳定剂水其中 polyol 1，2 为 dow公司的 voranolcp14217040 和和 voranol cp4800 或 bayer 的 desmophendesmophen 3900，泡沫的亲水性可通过调节 polyol 1 和 2 的比例来进行调整，泡沫密度 273 1 kg/m3， 断裂伸长率为 150% 。专利20 中介绍了在不使用发泡剂的情况下制 备一种用于烧伤的亲水性泡沫敷料的方法，在不加 水的情况下，将异氰酸根封端的聚氧化乙烯多元醇，同交联剂和表面活性剂混合，并剧烈搅拌形成起泡的混合物，然后浇铸成膜，并加热熟化，这 样可形成表面较致密且光滑，而中间为多孔结构的3应用前景目前医用敷料发展迅速，并且逐渐呈现功能化和多样化的发展趋势，合成敷料尤其是聚氨酯敷料， 具有质轻、 柔软、 不粘连、 无毒、 生物相 容性好等诸多优点，解决了医学上的很多难题，满 足了广大患者的需求，并正逐渐代替传统敷料的常规应用地位。相信聚氨酯合成敷料必将取得更大的发展，也必将为现代创伤修复理论与技术的发展做 出重要贡献，推动世界医学的进步。参考文献薄片。所用多元醇是从 w. r.grace 公司购买的 mr大约为 1 500 的聚氧化乙烯多元醇 hypol，熟化温度为 25。2.3聚酯为原料另外还有一些研究人员以聚酯为原料制备了亲 水性聚氨酯泡沫敷料。专利21 通过一种或多种聚酯多元醇与一种或 多种异氰酸酯及硅酮表面活性剂在发泡剂水和其他 添加剂( 如催化剂) 的存在下反应，制备聚氨酯泡沫体。泡沫体在苛性碱溶液中进行化学处理以形成亲水性聚氨酯泡沫体，它的吸水速率至少为 97.6 kg/ (m 2 . d) ，具有比纤维素更大的持水量和湿强度。所采用的配方为，聚酯多元醇 100 份(均为质量 份) ，优选羟值在 506 0 mg(koh)/ g (fomrez 45 ， lexorez 1105 - hv2) ，异氰酸酯 2060 份，硅酮 表面活性剂 13 份(b8301 ，y6353) ，水 15 份， 催化剂(00.3 份凝胶催化剂，0.52.0 份发泡催化 剂) ，混合反应制得聚氨酯泡沫体。chiu y. chan 等人22提供了一种用聚酯多元醇制 备亲水性聚氨酯的方法，配方如下( 均为质量份)：1 赵琳, 宋建星. 创面敷料的研究现状与进展j. 中国组织工程研究与临床康复, 2007, 11(9): 1 724-1 737.孙兆黎, 孙兆东. 医用高分子药物敷料p. cn: 1191140,1998.刘爽. cardio tech 开发高吸水性伤口敷料 spyro dermj. 精细与专用化学品, 2003, z1: 29.牛洪, 谢兴益, 何成生, 等. 聚氨酯水凝胶在生物医学中的应用j. 聚氨酯工业, 2004, 19(5): 6 -9.addision d. hydrogel wound dressingp. ep: 1333788,2003.myron spector, john d muzzy. bone fracture fixation platesp. us: 4773406, 1988.rodolfo d cilento, frank m freeman. wound dressingp. us: 4773408, 1988.robert w sessions. wound dressing suitable for insertion innasal passagep. us: 7022890, 2006.程莉萍, 胡英, 郑昌琼, 等. 聚氨酯抗菌创伤敷料的制备 及其灭菌效果的研究j. 生物医学工程研究, 2004, 23(4):240-243.2 3 4 5 6 7 8 9 10 黄忠兵, 李伯刚, 胡英, 等. 新型亲水性聚氨酯敷料表面界面性能的研究j. 航天医学与医学工程, 2001, 14(5):355-359.11 郑昌琼, 黄忠兵, 程莉萍, 等. 亲水性聚氨酯创伤敷料及lexorez f45b83011102-50a 90101.5其制备方法p. cn: 1462614a, 2003.(下转至第37页)贾瑛等 fe3o4/ 聚苯胺纳米复合材料的吸波性能研究 37 时，还可将复介电常数和复磁导率达成最佳匹配，从而提高吸波剂的吸波性能和吸波频率的带宽。环境污染。通过适当提高 fe 3 o 4 的比例以增强磁滞损耗，该复合材料有望成为一种轻质强吸收宽频带微波吸收材料，有较好的应用前景。参考文献3结论经过 sdbs 改性的 fe 3 o 4 为纳米级，大小为1 2 邢丽英. 隐身材料m. 北京: 化学工业出版社, 2004.马利, 刘昊, 甘孟瑜, 等. 乳液法合成磺基水杨酸掺杂纳米 聚苯胺j. 表面技术, 2006, 35(4): 42-45.12. 7 nm ，采用 ssa 作乳化剂和掺杂剂，在纳米fe 3 o 4 表面包裹导电 pani ，经测定也为纳米级，大 小为 3 0 nm 左右。该 fe 3 o 4 /pani 复合材料密度为0.1 2 g/cm3 ，电导率为 0. 3 s/cm。研究表明，常温下合成的该复合材料质量分数为 20% 时，经理论计 算吸波效果最好，吸收峰值为 - 1 2 db，- 5 db 频宽 为 6 ghz ，且复合材料制备后期不用丙酮等有机溶 剂破乳，简化了工艺，而且大大降低了生产成本和3 周一平, 刘归, 周克省, 等.纳米fe3o4/pani复合体系的微波电磁特性研究j. 湖南大学学报(自然科学版), 2006,33(6): 81-84.王昕玮, 戴星, 刘祖黎, 等. 矩形波导内介质材料对电磁 波的反射与吸收j. 宇航材料工艺, 1996(6): 31-35.4 study on absorption wave property of fe3o4/polyaniline nano-composite materialjia ying1,2, li zhi-peng2, zhang ling2, zhang qiu-yu1(1. science college of northwestern polytechnical university, xi an 710072, china ;2. 503 section of the second artillery engineering institute, xian710025, china)abstract: core-shell nano-composite material of conducting polyaniline(pani) coating fe3o4(magnetic oxide) was synthesized by emulsion polymerization with sulfosalicylic acid(ssa) as emulsifying agent and dopant, and ammonium persulfate(aps) as oxidant. nano-fe3o4 and the composite material were characterized by xrd, sem, ft-ir. microwave electromagnetic characteristic andabsorption wave property of fe3o4/pani were studied in the spectrum range of 218ghz. the results show that its average attenuation is -5db, maximum attenuation is -12 db, the band width can reach 6 ghz at -5 db when the density of the composite material is 0.12 g/cm3.key words: sulfosalicylic acid; fe3o4; polyaniline; absorption wave property*(上接第 25 页)12 andrew m reed, ian n askill. adhesive-faced porous absorbent sheet and method of making samep. us:4906240,1990.13 朴明焕, 李寿昌, 姜鲜爱. 用于伤口填充物的聚氨酯泡沫 敷料及其制备方法p. cn: 1741824a, 2006.14 蒂德. v, 洛佩斯. n b, 佩拉卡尼. l, 等. 由 mdi 基异氰酸 酯封端预聚物衍生得到的亲水性聚氨酯聚合物p. cn: 1747980, 2006.15 deborah addison, via lancaster. absorbent wound dressingp. us: 5981822, 1999.16 catherine louise cheong. method of making polyurethane