周煜凌，朱志雯，顧浦中，張 明

（1.南京醫(yī)科大學(xué)康達(dá)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)部，江蘇連云港222000；2.南京醫(yī)科大學(xué)康達(dá)學(xué)院藥學(xué)部，江蘇連云港222000）

相變材料根據(jù)相態(tài)變化可分為固-固、固-液、固-氣、液-氣四類。固-氣與液-氣兩種類型雖然儲(chǔ)熱量大，但反應(yīng)所需空間大，且對(duì)氣密性要求高；固-固類型的反應(yīng)條件低，對(duì)反應(yīng)空間以及氣密性等無特殊要求，但熱導(dǎo)能力不穩(wěn)定；固-液類型則是位于上述三者之間，需要一定的反應(yīng)空間以及做好防泄漏工作，但所需條件無需像前者一樣嚴(yán)格，且固-液相變溫度廣、潛熱高、儲(chǔ)能效果好，現(xiàn)廣泛使用固-液類型的相變材料,如聚乙二醇與二氧化硅的復(fù)合提高材料穩(wěn)定性。

相變材料按組成成分多少可以分為單一相變材料和復(fù)合相變材料。單一相變材料存在過冷、導(dǎo)熱性差、儲(chǔ)能效果差、不穩(wěn)定、有毒性等缺點(diǎn)；復(fù)合相變材料組分豐富，解決了單一相變材料所存在的問題，常見的復(fù)合有無機(jī)-無機(jī)、無機(jī)-有機(jī)、有機(jī)-有機(jī)等。如常見的金屬類與石蠟的復(fù)合材料，使用泡沫金屬加強(qiáng)了材料的強(qiáng)度，加速了蓄-放熱過程，其適用于化工業(yè)與需要恒溫穩(wěn)定的醫(yī)藥環(huán)境有所差別。

在復(fù)合相變材料中，研究和應(yīng)用較多的是有機(jī)復(fù)合材料，其優(yōu)點(diǎn)是過程可逆，不會(huì)出現(xiàn)過冷現(xiàn)象，無毒性，對(duì)人體傷害較小，可滿足醫(yī)藥行業(yè)對(duì)新材料的需求。國(guó)內(nèi)外對(duì)這一類材料做了大量的研究和應(yīng)用，筆者從醫(yī)用敷料、微膠囊、造影劑、醫(yī)用保溫四個(gè)應(yīng)用方面做系統(tǒng)的介紹。

1 醫(yī)用敷料

溶膠-凝膠是相變材料常見的制備方法之一，利用物質(zhì)相變的特性使材料處于膠體狀態(tài)作為載體，通過加入納米級(jí)金屬、金屬氧化物粒子、石墨粉和碳纖維等改善材料的導(dǎo)熱性能，并使材料具有一定的抗菌能力。

早期，張志剛采用檸檬酸溶膠-凝膠的方法以六偏磷酸鈉作為分散劑使納米級(jí)的氧化鎂均勻地分布在體系當(dāng)中，制得一種具有抗菌性的材料。后來溶膠-凝膠的方法多被用于口腔醫(yī)學(xué)中制備復(fù)合薄膜涂層材料、生物活性玻璃等。羅狄鋒等通過溶膠-凝膠法對(duì)醫(yī)用不銹鋼材料涂覆二氧化鈦涂層，又對(duì)清洗后的醫(yī)用不銹鋼材料清洗并進(jìn)行氮化等離子處理，使材料具有較好的耐腐蝕性和生物相容性，滿足醫(yī)學(xué)植入物的溶血率要求且滲氮的材料具有一定的抗血小板凝聚的功能。龍贅子等研究溶膠-凝膠法制備生物活性玻璃，液劑為磷酸鹽緩沖液或海藻酸鈉共同調(diào)配而成的生物活性玻璃蓋髓劑，其固化時(shí)間相對(duì)較短，有利于臨床實(shí)驗(yàn)操作，還有著較好的組織相容性、抗菌能力、抗壓能力和蓋髓效果，可以誘導(dǎo)體內(nèi)的牙髓組織形成牙本質(zhì)復(fù)合體。

目前在臨床上溶膠-凝膠則更多地被用于濕性敷料的制備，濕性敷料可軟化焦痂，濕潤(rùn)傷口環(huán)境，促進(jìn)傷口愈合。付文亮等利用β-甘油磷酸鈉、殼聚糖、殼聚糖季銨鹽等為主料敷料，采用共混法與角化細(xì)胞生長(zhǎng)因子進(jìn)行復(fù)合研制出溫敏凝膠敷料。該敷料具有適形性好、隔離、保濕、促進(jìn)傷口愈合、生物安全性好、無致敏反應(yīng)等效果。甘油磷酸鈉交聯(lián)體系相變可降低凝膠溫度，在環(huán)境溫度大于35℃時(shí)快速由液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)，可保持藥物較長(zhǎng)時(shí)間作用于創(chuàng)面，在戰(zhàn)時(shí)創(chuàng)面修復(fù)中具有很大潛力。張麗等將細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉、聚乙烯醇復(fù)合后置于硼酸-氯化鈣溶液中浸漬交聯(lián)，得到具有生物相容性、水蒸氣透過率及抗菌效果較好，促凝血優(yōu)異的復(fù)合性水凝膠敷料。相變材料獨(dú)有的特性使其應(yīng)用范圍極廣，但是傳統(tǒng)簡(jiǎn)單的制備方法也存在隱患，單純的相變材料容易發(fā)生相分離、材料泄漏、與其他材料結(jié)合難等問題，特別是在臨床應(yīng)用時(shí)如何降低相變時(shí)發(fā)生泄漏的可能性更為重要。

2 微膠囊

微膠囊減少了相變材料泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，提高了材料利用率與安全性，在醫(yī)藥方面對(duì)藥物緩釋起了巨大的作用。微膠囊化是一種將微米或納米尺度的固體顆粒、液滴或氣泡封裝在惰性壁材（壁殼）內(nèi)的過程，被封裝的芯材（內(nèi)核）受到保護(hù)從而與外界隔離，只有遇到特定條件如pH、鹽濃度、溫度適宜，壁殼才會(huì)溶解，暴露出里面的內(nèi)核。

當(dāng)人體內(nèi)出現(xiàn)病變（發(fā)炎、感染、癌變）時(shí)，不僅會(huì)出現(xiàn)pH改變，還會(huì)伴隨著部位周圍溫度的升高，溫度的升高會(huì)抑制人體內(nèi)酶的活性，不利于人體的代謝。如果溫度持續(xù)增加，當(dāng)超過一定范圍后會(huì)引起人體機(jī)能損傷。pH敏感微膠囊的發(fā)明可以很好地解決病變部位溫度增高的問題。將藥物包裹在pH敏感的微膠囊中，當(dāng)微膠囊到達(dá)病灶處受到異常pH的刺激，會(huì)產(chǎn)生相變將藥物釋放，可用于治療疾病和調(diào)節(jié)體內(nèi)溫度，使細(xì)胞代謝回歸正常。郭鐘楷等通過實(shí)驗(yàn)成功合成了具有pH敏感性并且能有效調(diào)控溫度的相變材料微膠囊，芯材選用正二十烷，相變溫度為36.8℃，與人體溫度接近；其壁殼為聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸共聚物，使相變材料微膠囊具有pH敏感性，其中pH最敏感值為5，當(dāng)胃部發(fā)生pH值變化時(shí)微膠囊可以準(zhǔn)確地釋放藥物。后郭鐘楷等人繼續(xù)研究pH敏感相變微膠囊的多方面應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，pH敏感性微膠囊上的羧基基團(tuán)可以作為刺激pH反應(yīng)的成分參與控釋，同時(shí)該材料也可用于熱儲(chǔ)能和熱調(diào)控，這樣的特性使其十分適合作為熱敏藥物的智能載體。

除卻藥物緩釋外，微膠囊還有抑菌、固酶、調(diào)溫等作用。Zhang Xiaoyv等通過界面聚合法制作銀/硅石雙層殼結(jié)構(gòu)，用其包裹正二十烷，由此制備的微膠囊顯示出良好的抗菌性，特別是金黃葡萄球菌和芽孢桿菌，其抗菌能力較強(qiáng)，達(dá)到4 h接觸滅菌率95%以上。Liu Huan等通過鈦酸鹽前體的界面縮聚，二氧化鈦外殼包裹正二十烷后浸入氧化鋅中進(jìn)行活化，成功裝配出一種雙重反應(yīng)的相變材料微膠囊。正二十烷具有調(diào)溫的作用，氧化鋅活化的外殼使其在自然光下產(chǎn)生光催化反應(yīng)，因此加強(qiáng)了抗菌能力?；魰蚤冗x用綠色無毒的生物質(zhì)材料聚乙烯醇（PVA）作為成膜基質(zhì)，采用刮膜的制模方法，通過向其中摻雜十三氟辛基三甲氧基硅烷增加相變材料疏水性，制成了其相變溫度接近人體舒適溫度的相變微膠囊。

隨著相變微膠囊技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，醫(yī)用造影劑也在不斷改善。臨床上為了增強(qiáng)血流的超聲多普勒信號(hào)和提高超聲圖像的清晰度和分辨率，往往會(huì)使用微泡超聲造影劑。傳統(tǒng)的微泡造影劑粒子半徑較大，無法進(jìn)入到組織內(nèi)，難以檢測(cè)血管外的病變，而且在體內(nèi)存留時(shí)間短。

3 造影

針對(duì)這些弊端，研究出一類具有靶向作用、成影效果好的新型相變?cè)煊皠?。張斌采用雙乳化法制備包裹納米金棒及全氟己烷的羥基端乳酸（PLGA）納米粒，用碳二亞胺法將適配子與PLGA納米粒連接，獲得“適配子－PLGA納米粒”靶向相變?cè)煊皠?。Hyun Su Min合成了一種可以經(jīng)水解產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w的碳酸鹽共聚物納米粒，其在注射時(shí)保持納米結(jié)構(gòu)，累積到腫瘤部位后，因腫瘤部位pH較低，經(jīng)酸水解產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，以增強(qiáng)超聲顯影效果。

經(jīng)過研究，除了提高顯影效果外，還結(jié)合了相變微膠囊的制備方法搭載靶向藥物，進(jìn)行靶向治療，利用高強(qiáng)度聚焦超聲，既能在一定條件下發(fā)生相變?cè)鰪?qiáng)超聲顯像，又能通過能量沉積增強(qiáng)高強(qiáng)度聚焦超聲的治療作用。馬嵐等將全氟正戊烷放入由紫杉醇、磷脂酰膽堿、甘油磷脂、生物素化磷脂酰乙醇胺、膽固醇等與生物素化的促黃體生成素釋放激素連接制成的微粒當(dāng)中，制備出具有靶向作用的相變?cè)煊拔⒛z囊，可通過血管間隙到達(dá)靶細(xì)胞實(shí)現(xiàn)血池外成像，可靶向攻擊病變細(xì)胞，有望成為人類卵巢癌新的治療手段。楊燕等用具有靶點(diǎn)效應(yīng)的凝溶膠蛋白作為壁殼包裹液態(tài)氟碳制備出納米級(jí)PLGA高分子造影劑，相變效果明顯，成影效果良好，可與小鼠肝癌細(xì)胞特異度結(jié)合。任春蓉等人則使用磷脂酰膽堿、普通磷脂酰乙醇胺、甘油磷脂、泊洛沙姆、膽固醇等作為壁材，同時(shí)添加偶聯(lián)葉酸的磷脂酰乙醇胺作為靶向因子共同構(gòu)成造影劑，可在造影劑中添加10-羥基喜樹堿作為藥物治療小鼠的肝癌移植瘤。

4 醫(yī)用保溫

4.1 醫(yī)用運(yùn)輸

相變材料除了臨床上作為造影劑使用外，更為主流的應(yīng)用是在運(yùn)輸血液、藥品、疫苗、移植器官等對(duì)運(yùn)輸溫度條件高的物品時(shí)，來充當(dāng)無電無冰新型恒溫箱的角色。由于血液、疫苗、移植器官等醫(yī)用物品體積小，易受損，在運(yùn)輸時(shí)需要長(zhǎng)時(shí)間維持在一個(gè)在適宜的溫度區(qū)間，如血液的最佳運(yùn)輸溫度為2℃～8℃，因此醫(yī)用物品的運(yùn)輸成為了一道難題。威廉于1965年提出了把泡沫聚苯乙烯插入集裝箱夾層中用于血液保溫，后美軍在其基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，研發(fā)出新型運(yùn)血裝備“黃金集時(shí)刻集裝箱”，但其隔熱性和保溫性仍存在缺點(diǎn)。

戴霞等運(yùn)用原位聚合法以正十四烷為芯材，三聚氰胺-甲醛樹脂為壁材制備出一種性能好、容量大、輕便、保溫時(shí)間長(zhǎng)且無需動(dòng)力源的新型野戰(zhàn)運(yùn)血裝置，可在極限溫度45℃、-25℃和23℃下,分別保證血液在0℃～10℃下維持50.5 h、80.7 h和61.7 h。同樣以正十四烷進(jìn)行研究的還有韓桂芳、夏全剛等人。韓桂芳以疏水型二氧化硅氣凝膠為多孔基質(zhì)，利用氣孔的毛細(xì)血管作用力和氣凝膠的疏水性將液態(tài)的正十四烷吸附到二氧化硅氣凝膠的孔隙中形成新型復(fù)合相變材料，滿足血液運(yùn)輸所要求的溫度和高潛熱，改善了相變材料的體積膨脹和易泄漏問題。夏全剛加以改進(jìn)，把正十四烷烴與正十二烷烴按照一定的比例共混制成相變溫度為2.15℃,潛熱值為175 J/g的復(fù)合相變材料，更符合藥品、血液、疫苗等運(yùn)輸?shù)囊蟆?/p>

除常見的十四烷外還有其他有機(jī)物被研究應(yīng)用在冷鏈運(yùn)輸上，如楊金玲利用真空絕熱板和聚丙烯制成一款更為穩(wěn)定的蓄冷袋。李玉洋將正辛酸與葵酸復(fù)合制出相變溫度為1.7℃，相變潛熱為122.1 J/g，熱導(dǎo)率為0.323 1 W/（m·K）的醫(yī)用蓄冷材料。相變材料在醫(yī)療用品快速冷卻與凍存運(yùn)輸上的使用和對(duì)特殊情況下的轉(zhuǎn)移運(yùn)輸具有重要意義。該應(yīng)用將彌補(bǔ)人們?cè)谘旱柔t(yī)療用品持續(xù)冷鏈運(yùn)輸中的不足，完善戰(zhàn)地、海洋和突發(fā)事件醫(yī)療用品供應(yīng)保障系統(tǒng)，更好地完成特殊情況下的急救和救治任務(wù)。

4.2 醫(yī)用溫控織物

近年來研究人員對(duì)于相變材料的研究逐漸完善，已可以通過多種材料復(fù)合來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的調(diào)控，這一理念除了被應(yīng)用在建筑行業(yè)外還被用于紡織物上?？赏ㄟ^相變材料在相變過程中吸收或釋放較大能量來改變周圍的溫度。將其應(yīng)用在織物上，可通過相變儲(chǔ)能放能的過程對(duì)穿戴者的體表溫度起調(diào)控作用，有助于改善傷口微環(huán)境和促進(jìn)傷口愈合。相比較其他氣體、液體冷卻織料，相變冷卻紡織品具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穿戴方便、制冷效果好等優(yōu)點(diǎn)，并且相變材料種類多、污染小，既可制冷又可保溫。常用于冷卻服的相變材料有冰、干冰、石蠟、水凝膠、吸水樹脂等，主要的制備方法有紡絲法、微膠囊法（PCM）、中空纖維填充法和后整理法。

晏葉根據(jù)人體熱需求選擇相變溫度為28℃到34℃的石蠟類PCM,使用475 g、635 g、950 g三種材料用量,以分散封裝法將PCM封裝成袋,制成相變溫控服。王委委以無機(jī)二氧化硅為壁材，正十八烷為芯材制備相變微膠囊，運(yùn)用浸軋法將其附著到純棉織物上，得到相變調(diào)溫織物，制備出熔融溫度和熔融熱焓分別為26.50℃和15.60 kJ/kg的相變調(diào)溫織物,使其具有良好的耐洗性和透氣性，可在人體舒適范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)一定的調(diào)溫功能。Lu Yuan采用以石蠟為核心層，聚丙烯腈為套層的共軸電紡技術(shù)，在紡織品中加入了近紅外區(qū)吸收能力優(yōu)異的六角形鎢青銅，大大提高了太陽能的熱利用效率。值得注意的是，智能紡織品具有54.3%（潛熱60.31 J/g）的高封裝效率，并且于500次加熱循環(huán)后智能紡織品的潛熱幾乎沒有變化，顯示出良好的穩(wěn)定性。這項(xiàng)工作為智能紡織品提供了有意義的指導(dǎo)，為舒適的溫控相變服進(jìn)一步奠定了基礎(chǔ)。

目前醫(yī)療相變織制物較少，相變紡織品大多數(shù)用于宇航服、消防服中。美國(guó)的Outlast空調(diào)纖維包括Outlast腈綸、Outlast聚酯纖維和Outlast黏膠纖維3個(gè)品種，最初是應(yīng)用于宇航員服裝，后來投入民用服裝，如沖鋒衣、毛衣等，但目前已上市的產(chǎn)品調(diào)控能力較弱。

國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域科研投入有限，我國(guó)對(duì)于其溫度的表征并無統(tǒng)一的方法標(biāo)準(zhǔn)，所以目前尚未有關(guān)于相變調(diào)溫紡織品的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)主要通過相變材料熔融差示掃描量熱法（DSC）、熱感&冷感測(cè)試、熱平板法、動(dòng)態(tài)測(cè)試、暖體假人、紅外測(cè)溫技術(shù)檢測(cè)和模擬外界環(huán)境與人體環(huán)境等這幾種測(cè)試方法來表征相變調(diào)溫紡織品的調(diào)溫性能，但這些辦法存在成本較高、過程繁瑣和費(fèi)時(shí)的不足。而參考織物保暖性的檢測(cè)方法沒有確切給出對(duì)于調(diào)溫紡織品的溫度調(diào)節(jié)能力的測(cè)試評(píng)價(jià)方法。還需加強(qiáng)對(duì)于專用測(cè)試儀器的研究，提高對(duì)于保暖性測(cè)試方法的規(guī)范性，完善相變調(diào)溫紡織品的評(píng)價(jià)體系。

Arantzazu Valdés等總結(jié)了微膠囊在智能（相變材料、光敏材料、熱變色和阻燃微膠囊）和活性紡織品中的發(fā)展與運(yùn)用，包括抗菌劑和具有醫(yī)療特性的不同添加劑等。相變材料紡織品在醫(yī)療中的應(yīng)用有：外科服裝、患者病床材料、繃帶和在重癥監(jiān)護(hù)中調(diào)節(jié)患者體溫的產(chǎn)品。在相變紡織物投入醫(yī)療當(dāng)中為體溫失衡的病人調(diào)整體溫這一道路上還有很多難題要攻破，紡織物的舒適度、溫控能力、耐久度、可洗滌、可折疊等方面還需不斷完善。

5 展望

相變材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用逐步擴(kuò)大，可用于低溫運(yùn)血箱、恒溫調(diào)節(jié)服、抗菌薄膜涂料、生物活性玻璃、濕性敷料、藥物緩釋系統(tǒng)、靶向造影等，但其若要真正投入實(shí)際應(yīng)用，制備工藝以及性能檢測(cè)仍需要進(jìn)一步改善：①濕性敷料在使用時(shí)與皮膚的貼合度不高，容易脫落，且日常生活中容易粘附其他雜質(zhì)污染敷料，從而引起傷口感染。如何提高敷料與皮膚的貼合度并降低對(duì)外界的吸附性需進(jìn)一步改善；②優(yōu)化相變材料微膠囊化的工藝流程，提高微膠囊的合成率，減少制備過程中的損耗，減低制作成本都是相變材料微膠囊實(shí)際運(yùn)用需要解決的問題；③有機(jī)復(fù)合相變靶向造影劑制備技術(shù)較為復(fù)雜，制備工藝、性能檢測(cè)沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，目前材料制備和治療方法還處于實(shí)驗(yàn)研究階段，且高強(qiáng)度聚焦超聲照射時(shí)間易引起的正常組織損傷或不能起到很好的殺傷效果。如何降低造影劑的制備成本，同時(shí)確保性能不變，規(guī)避對(duì)人體傷害等需要進(jìn)一步研究；④相變紡織物的溫度調(diào)控、耐穿度、洗滌性、可折疊性等方面還需進(jìn)一步研究改善。

現(xiàn)今相變材料已經(jīng)發(fā)展為集物理、膠體、配位化學(xué)、金屬有機(jī)化合物等多種領(lǐng)域于一身的技術(shù)與科學(xué)的交叉學(xué)科，其有著巨大的潛力和光明的應(yīng)用前景，還有著更多新穎的應(yīng)用值得我們?nèi)ゲ粩嗯μ剿骱烷_發(fā)。