李陽(yáng) 劉曉飛 劉含銳 華俊娟 王國(guó)鋒 張洪亮 丁雪佳

1 河南駝人醫(yī)療器械集團(tuán)有限公司 （河南 新鄉(xiāng) 453400）

2 北京化工大學(xué) （北京 100029）

科技的發(fā)展使人們對(duì)醫(yī)用材料的要求不斷提高。聚氨酯由于其優(yōu)良的組織、血液相容性，無(wú)毒性，無(wú)抗原性，性能穩(wěn)定而被廣泛用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。但聚氨酯為疏水性材料，其軟質(zhì)泡沫親水性較差，作為醫(yī)用材料使用有一定的局限性[1]。國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道過(guò)一些親水性聚氨酯泡沫的制備方法，但親水能力均不夠高，且大多是以TDI、MDI為基體制備而成，這些芳香族聚氨酯結(jié)構(gòu)中易生成羰基、醌式基團(tuán)而產(chǎn)生黃變，影響產(chǎn)品外觀和性能[2,3]。

本文通過(guò)模塑發(fā)泡工藝，以六亞甲基二異氰酸酯（HDI）改性化合物和親水型助劑反應(yīng)，制備出高吸水醫(yī)用聚氨酯軟質(zhì)泡沫。研究不同分子量二元醇以及海藻酸鈉添加量對(duì)泡沫吸水性能的影響，通過(guò)親水助劑的添加及用量控制，能夠顯著提高泡沫吸水能力。

1.材料與方法

1.1 一般材料

主要原料及試劑：二元醇（聚乙二醇2000、4000、6000，L64），海安石油化工廠；丙三醇，分析純，天津市恒化學(xué)試劑制造有限公司；碳酸氫鈉，分析純，湖北鴻運(yùn)隆生物科技有限公司；雙二甲胺基乙基醚，色譜純，阿拉丁；改性HDI，杜特潤(rùn)貿(mào)易深圳有限公司；海藻酸鈉，分析純，山東潔晶集團(tuán)股份有限公司；Y1030，化學(xué)純，韓國(guó)SKC；純化水，自制。

1.2 方法

準(zhǔn)確稱量二元醇、丙三醇、碳酸氫鈉、雙二甲胺基乙基醚、海藻酸鈉、純化水、Y1030，為混合B料，攪拌至固體完全溶解，將B料放入烘箱中，控制料溫為25?C。再精確稱量改性HDI作為A料，放入烘箱中控制料溫25?C。之后將A料B料迅速混合，設(shè)定轉(zhuǎn)速在950～1100r/s內(nèi)，快速攪拌7～10s，將反應(yīng)料倒入模具中發(fā)泡得到細(xì)孔結(jié)構(gòu)的泡沫，然后在干燥器中室溫熟化72h即得成品。

1.3 分析和測(cè)試

1.3.1吸水率測(cè)定

稱取8.298g氯化鈉和0.368g二水氯化鈣溶于1L的去離子水中配制成模擬液。將裁剪為5cm×5cm質(zhì)量為W0樣品置于直徑為90mm的培養(yǎng)皿內(nèi)。加入預(yù)熱至37?C的A溶液。在37?C干燥箱內(nèi)保持30min。用鑷子夾持樣品一角或一端，懸垂30s，稱量W1。根據(jù)公式計(jì)算泡沫的重量吸水率。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量3次，以其平均值來(lái)代表最終測(cè)定值。

重量吸水率Iw=（W1–W0）/W0×100%

1.3.2掃描電鏡分析

采用德國(guó)蔡司公司的EVO18型掃描電鏡進(jìn)行測(cè)試。

1.3.3細(xì)胞毒性測(cè)定

在無(wú)菌條件下，樣品0.2g/mL用DMEM完全培養(yǎng)基37?C水浴震蕩浸提24h，獲得的樣品浸提液作為檢測(cè)細(xì)胞毒性的樣品。

將生長(zhǎng)良好的L929細(xì)胞胰酶消化后稀釋到30000個(gè)/mL，接種于96孔板，每孔接種100μL，每個(gè)樣品六個(gè)復(fù)孔，使細(xì)胞個(gè)數(shù)達(dá)到3000個(gè)/孔，37?培養(yǎng)過(guò)夜，待細(xì)胞貼壁后，去掉上清液，取出制備好的浸提液，搖勻，分別添加100μL的浸提液，以DMSO處理正常細(xì)胞組為陽(yáng)性對(duì)照，DMEM完全培養(yǎng)基為陰性組。外圍一圈用PBS封閉。隨后置于37?，5%CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48h。

向每孔中加入20μLMTT液（5mg/mL），避光孵育4h后，針管吸凈培養(yǎng)基后，加入120μLDMSO，渦旋震蕩儀混勻后于酶標(biāo)儀下490nm處進(jìn)行吸光值的檢測(cè)。

2.結(jié)果

2.1 不同分子量二元醇對(duì)軟質(zhì)聚氨酯泡沫吸水量的影響

軟段結(jié)構(gòu)是影響聚氨酯泡沫吸水率的重要因素，由圖1可知泡沫的吸水率隨著聚乙二醇分子量的增加先增大后減小，見(jiàn)圖1。當(dāng)聚乙二醇分子量為4000時(shí)吸水效果最好，這是因?yàn)槎挤肿恿窟^(guò)小時(shí)，分子鏈短，與水相互作用的醚氧鍵-C-O-C-含量低，不利于水分子的進(jìn)入和擴(kuò)散。當(dāng)聚乙二醇分子量為6000時(shí)，隨著分子量的增大，其吸濕能力降低，影響泡沫吸水率[4]。當(dāng)二元醇分子量為4000，雖然泡沫具備較好吸水能力，但發(fā)泡材料較硬，舒適性差。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)論，考慮使用乙二醇嵌段共聚物，L64這種共聚物富含氧化乙烯，嵌段和分子量為4000的聚乙二醇相當(dāng)，制備的泡沫吸水率達(dá)到15.59g/g，滿足吸水要求，同時(shí)長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)又能降低發(fā)泡材料硬度，作為發(fā)泡原料較為理想。

2.2 不同海藻酸鈉添加量對(duì)軟質(zhì)聚氨酯泡沫吸水量的影響

親水性物質(zhì)的填充可以提高泡沫吸水率，本實(shí)驗(yàn)在聚氨酯發(fā)泡過(guò)程中直接加入海藻酸鈉，研究海藻酸鈉加入對(duì)聚氨酯泡沫吸液能力的影響。從圖2中可以看出，隨著海藻酸鈉加入量的增大，泡沫吸液能力呈現(xiàn)先增強(qiáng)后降低的變化趨勢(shì)。當(dāng)海藻酸鈉的加入量為2%時(shí)，聚氨酯泡沫的吸水率相比于不加海藻酸鈉有30%的提高，見(jiàn)圖2。因?yàn)楹Ｔ逅徕c具備吸濕性，少量加入能提高泡沫滲透能力，從而增加吸水能力；但過(guò)量的加入會(huì)導(dǎo)致其附著于泡沫表面，由于海藻酸鈉本身吸液能力并不強(qiáng)，導(dǎo)致泡沫吸水量下降[5]。

圖1. 不同分子量二元醇對(duì)軟質(zhì)聚氨酯泡沫吸水量的影響

圖2. 不同海藻酸鈉添加量對(duì)軟質(zhì)聚氨酯泡沫吸水量的影響

2.3 不同海藻酸鈉添加量對(duì)軟質(zhì)聚氨酯泡沫孔徑的影響

從圖3可以看到，隨著海藻酸鈉添加量的增加，聚氨酯泡沫有泡孔變小、開(kāi)孔數(shù)量增加的趨勢(shì)，并且泡孔之間相互貫通，這樣有利于水的進(jìn)入和擴(kuò)散，見(jiàn)圖3。從分子結(jié)構(gòu)上分析可以發(fā)現(xiàn)，因?yàn)楹Ｔ逅徕c結(jié)構(gòu)中有羥基（-OH）的存在，它也能與異氰酸酯反應(yīng)，使得其最終以包覆的形態(tài)存在于泡沫基體中，而海藻酸鈉大量不能與異氰酸酯反應(yīng)的羧基就使得它對(duì)聚氨酯泡沫親水能力有極大提高[6]。

2.4 細(xì)胞毒性結(jié)果分析

作為醫(yī)用材料，親水性PU直接與人體接觸，必然產(chǎn)生一些物理的、生物的作用，這些作用必然在人體可接受的限度內(nèi)才可使用，作者進(jìn)行了安全性評(píng)價(jià)試驗(yàn)，測(cè)試該聚氨酯泡沫的細(xì)胞毒性。

MTT比色法實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到細(xì)胞增值率（RGR）為94.4%，細(xì)胞毒性反應(yīng)分級(jí)為Ⅰ級(jí)，無(wú)細(xì)胞毒性，滿足醫(yī)用材料要求。

3.結(jié)論

圖3. 不同海藻酸鈉添加量對(duì)軟質(zhì)聚氨酯泡沫孔徑的影響

本文以六亞甲基二異氰酸酯（HDI）改性化合物和親水軟段二元醇反應(yīng)，填充并接枝海藻酸鈉，制備出高吸水醫(yī)用聚氨酯軟質(zhì)泡沫。研究不同分子量二元醇以及海藻酸鈉添加量對(duì)泡沫吸水性能的影響，當(dāng)使用二元醇L64時(shí)，泡沫吸水率達(dá)到15.59g/g，發(fā)泡材料舒適度最優(yōu)；添加2%海藻酸鈉后，泡沫開(kāi)孔率增大，吸水率提高30%。進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)試驗(yàn)，細(xì)胞毒性測(cè)試為1級(jí)，滿足醫(yī)用材料要求。

[1] 黃忠兵,李伯剛,胡英,等.新型親水性聚氨酯敷料表面界面性能的研究[J].航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程,2001,14(5):355-359.

[2] 張莉,趙修文,于文杰,等.親水性聚氨酯在醫(yī)用敷料方面的應(yīng)用[J].化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料,2009,7(5):22-25.

[3] 陳佳美,范佩琳,唐族平,等.光穩(wěn)定劑對(duì)聚氨酯仿皮面料黃變性能的影響[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2016,35(4):498-503.

[4] Kwon O J, Oh S T, Lee S D, et al. Hydrophilic and fexible polyurethane foams using sodium alginate as polyol: Eあects of PEG molecular weight and cross-linking agent content on water absorbency[J]. Fibers and Polymers,2007,8(4):347-355.

[5] Devi M P, Sekar M, Chamundeswari M, et al. A novel wound dressing material — fbrin–chitosan–sodium alginate composite sheet[J]. Bulletin of Materials Science,2012,35(7):1157-1163.

[6] Oh S T, Kim W R, Kim S H, et al. The preparation of polyurethane foam combined with pH-sensitive alginate/bentonite hydrogel for wound dressings[J]. Fibers and Polymers,2011,12(2):159-165.