親水硅膠導尿管的制備及性能表征

牛利衛(wèi) 王超威 楊 洋 劉秋華 程 杰 劉志遠 楊 哲 崔景強*

（1、河南省醫(yī)用高分子材料技術與應用重點實驗室，河南 長垣453400 2、河南駝人醫(yī)療器械集團有限公司，河南 長垣453400）

1 概述

導尿術及留置導尿管是臨床常用的護理技術之一，在圍術期及重癥監(jiān)護病房已基本不可缺少，目前，超過25%的住院患者因為各種不同的原因需要進行導尿[1-3]。臨床上使用導尿管出現(xiàn)的不良事件主要表現(xiàn)為：導尿管拔出困難、尿道紅腫、尿道感染等[4]，此外，導尿管在臨床上使用及插拔管時，極易損傷尿道上皮組織，引起并發(fā)癥[5]，尿路的感染問題已成為臨床上最常見的感染之一[6-9]。隨著人類社會生活質(zhì)量的提升，人口老齡化問題的出現(xiàn)，導尿管在醫(yī)院、養(yǎng)老院等地方的應用越來越多，因此對導尿管進行功能化修飾以降低尿路的感染幾率勢在必行[10]。

尿路的感染是由于細菌從外界進入尿道之后，在組織表面形成了生物膜，生物膜的存在為細菌的存活及增殖提供了適宜的環(huán)境，因此降低生物膜的形成幾率對尿道的感染具有實質(zhì)性的作用[11-13]。目前，親水涂層導尿管在降低尿路感染上被普遍接受，國內(nèi)外均有批準上市的親水導尿管，其材質(zhì)多為乳膠、PVC，其親水潤滑涂層的主要成份為醫(yī)用級聚乙烯吡咯烷酮[14-16]。鑒于硅膠導尿管較乳膠導尿管具有更好的生物相容性，本文以硅膠導尿管為基體，采用熱固化的涂層方式制備親水硅膠導尿管，通過對涂層結構，形貌等的測試來表征該親水硅膠導尿管的基本性能，該親水導尿管的制備旨在填補國內(nèi)親水硅膠導尿管不足的空缺，打破國外企業(yè)壟斷的現(xiàn)狀，為親水涂層國產(chǎn)醫(yī)療器械的發(fā)展提供一定的參考價值。

2 實驗部分

2.1 主要原料

原料：聚乙烯吡咯烷酮（PVP-K90，MW 400000，醫(yī)用級），上海維酮材料科技有限公司；硅烷偶聯(lián)劑，廣州中杰化工科技有限公司；聚氨酯，美國路博潤化學有限公司；六亞甲基二異氰酸酯（HDI），聚乙二醇（PEG），其余溶劑均為分析純直接使用。

2.2 親水導尿管的制備

親水硅膠導尿管的制備共分為三步，首先為硅膠導尿管的活化過程，硅膠導尿管雖然為生物相容性較好的一種材質(zhì)，但其呈現(xiàn)較強的化學惰性，因此需對其進行表面活化處理；第二步為合成熱固化硅膠導尿管涂層液并對導尿管進行涂層；最后將涂層后的硅膠導尿管置于烘箱中進行熱固化處理得到親水硅膠導尿管。

2.2.1 硅膠導尿管前處理：將硅膠導尿管置于工裝設備上，在一定功率下于等離子設備中進行硅膠導尿管表面活化處理。

2.2.2 預聚體的制備：于100mL 圓底燒瓶中加入定量PEG、HDI，N2保護下，于80℃磁力攪拌下反應3h 得到預聚體。

2.2.3 涂層液的合成：本實驗采用雙層涂覆法，分別為Base層和Top 層，Base 層為Top 層的附著提供支撐，親水組分存在于面層之中。將一定量預聚體、聚氨酯、硅烷偶聯(lián)劑、溶劑加入到混合容器中得到Base 層；，將親水組分PVP 加入到Base 層涂層液中攪拌混合均勻即得到Top 層涂層液，異丙醇四氫呋喃混合溶劑稀釋。

2.2.4 親水涂層導尿管的制備：將前處理后的導尿管樣品置于工裝設備上，首先涂層親水涂層的底層，浸涂30s 后置于80-100℃烘箱中烘干1-3h 之后涂層面層親水涂層，浸涂30s 后置于80-100℃烘箱中烘干4-8h 得到親水導尿管樣品。

2.3 性能測試

2.3.1 樣品涂層結構表征

采用Nicolet iS-5 傅立葉變換紅外光譜儀對樣品結構進行分析，對比空白管體與親水涂層管體的不同。

2.3.2 樣品形貌表征

采用Nikon TS2-S-SM 熒光顯微鏡對樣品的形貌進行表征，對比空白樣品管及親水涂層樣品管的不同。

2.3.3 接觸角測試

采用晟鼎精密儀器SDC-100S 接觸角測量儀，通過液滴法進行涂層接觸角的測試，評價未涂層導尿管與涂層后親水導尿表面的親水性能。

2.3.4 潤滑性及牢固性

采用江蘇百賽飛FW-01 全自動摩擦系數(shù)測定儀對涂層的表面摩擦性能進行測定，評價空白導尿管、親水導尿管的表面涂層的潤滑性能，通過對樣品管進行30 次摩擦后摩擦系數(shù)的變化，初步判斷涂層的牢固性。

2.3.5 體外模擬導尿管留置過程

親水硅膠導尿管樣品經(jīng)過環(huán)氧乙烷滅菌后，置于37℃模擬尿液中模擬導尿管的人體留置過程，定期觀察樣品的狀態(tài)，浸泡30d 后，測定其摩擦系數(shù)并對比空白管與浸泡前樣品管。

2.3.6 細胞毒測試

參照國家標準[17]，對空白硅膠導尿管及親水硅膠導尿管進行細胞毒性測試：在無菌條件下，樣品按照0.1g/mL 用MEM培養(yǎng)基37℃水浴震蕩浸提24h，作為實驗用浸提液；將生長良好的L929 細胞用0.5%胰酶（含EDTA）消化后，用MEM 稀釋到1×105個/mL，接種于96 孔板，每孔接種100uL，使細胞個數(shù)達到1×104個/孔，每個樣品六個復孔，37℃，5% CO2 培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24h；細胞經(jīng)培養(yǎng)24h 后，去掉各孔中的培養(yǎng)液，按100uL/孔把各組浸提液原液分別加入96 孔板中，以含10%DMSO 的MEM培養(yǎng)基為陽性對照，MEM培養(yǎng)基為陰性組，置于37℃，5%CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24h，去掉培養(yǎng)基，向每孔中加入50uL MTT液（1mg/mL），混勻，培養(yǎng)2h 后，吸凈培養(yǎng)基，每孔加入100uL 異丙醇，混勻后于酶標儀下570nm 處進行吸光值（OD）檢測；細胞增值率RGR= 實驗組的OD 平均值/ 陰性組的OD 平均值×100% 。根據(jù)細胞存活率判斷是否存在潛在的細胞毒性；如果存活率下降小于空白的70%，則具有潛在的細胞毒性。

圖1 導尿管樣品紅外光譜圖

3 結果及分析

3.1 涂層樣品結構表征

圖2 導尿管樣品顯微鏡圖

圖3 導尿管樣品的接觸角測試

圖1 為空白管、單層涂覆樣品管及雙層涂覆樣品管的紅外光譜圖。785.6、1004.9、1258.1、2962.2cm-1為硅膠導尿管基材的特征峰；空白導尿管經(jīng)過單層涂覆后，表面上存在聚氨酯薄膜，1729.0cm-1為聚氨酯羰基的伸縮振動峰，1531.2cm-1為N-H 的伸縮振動峰；制備的親水硅膠導尿管，其親水組分存在于面層涂層液中，親水組分為PVP，1665.2cm-1為PVP 的-CON- 的伸縮振動峰，1287.5cm-1為C-N 的伸縮振動峰，通過紅外吸收光譜可知，空白導尿管經(jīng)過涂層后，表面存在一層含有PVP 的聚氨酯薄膜，說明成功制備了親水硅膠導尿管。

3.2 涂層樣品形貌表征

圖2 為導尿管樣品的顯微鏡圖，a 為空白硅膠導尿管，b 為涂層硅膠導尿管，c 為導尿管經(jīng)水潤濕后的表面狀態(tài)。由圖可知，空白導尿管經(jīng)過涂層后，表面會出現(xiàn)涂層微裂紋，這是由于涂層膜中聚氨酯和PVP 的復合在樣品制備完成后水分失去所導致的，當樣品經(jīng)過水的潤濕后，管體裂紋融合修復，呈現(xiàn)較為均勻的一層薄膜。

圖4 導尿管樣品潤滑性及涂層牢固性摩擦系數(shù)測試

3.3 接觸角測試

圖3 為空白樣品管、單層涂覆樣品管、及雙層涂覆樣品管進行接觸角測試，a 為空白樣品管，其接觸角為106.082°，硅膠材質(zhì)的疏水性較強，經(jīng)過第一層涂覆后，硅膠導尿管的表面存在一層較薄的聚氨酯薄膜，較基材而言，疏水性變?nèi)?，如圖b，其接觸角為82.707°。經(jīng)過兩層涂覆后，導尿管的表面涂覆了一層含有PVP 的聚氨酯薄膜，導尿管具有良好的親水性，如圖c，其接觸角為47.392°。

3.4 潤滑性及牢固性測試

圖4 為空白導尿管及雙層涂覆導尿管的摩擦系數(shù)測試結果，由圖4a 可知，空白導尿管的摩擦系數(shù)在2.0 之上，潤滑性差，這與其本身的材質(zhì)有直接的關系，而經(jīng)過親水涂層的涂覆后，其摩擦系數(shù)在0.04 左右，具有良好的潤滑性；涂層的牢固性是保證親水導尿管的安全性的前提，因此涂層的牢固性需要考察。本實驗通過對親水導尿管進行多次摩擦觀察其摩擦系數(shù)的變化來初步說明其涂層的牢固性，有圖4b 可知，涂層樣品管經(jīng)過320 次摩擦系數(shù)的測定，其摩擦系數(shù)均在0.04-0.05 之間，初步說明該親水硅膠導尿管的涂層具有良好的牢固性。

3.5 體外模擬導尿管留置過程

導尿管置于病人體內(nèi)后，一般會留置一段時間，因此考察親水涂層硅膠導尿管的潤滑性持續(xù)時間是有必要的。本次實驗進行體外模擬導尿管的留置過程，將親水硅膠導尿管置于模擬尿液中30d，通過摩擦系數(shù)的測試進行驗證。圖5 為親水硅膠導尿管經(jīng)過30d 浸泡前后的摩擦系數(shù)測試結果，由圖可知，經(jīng)過30d的模擬尿液浸泡之后，親水涂層導尿管摩擦系數(shù)仍舊維持在0.05 附近，導尿管的潤滑性能良好，說明親水硅膠導尿管潤滑性可以持續(xù)30d。

圖5 體外模擬導尿管留置前后摩擦系數(shù)測試

3.6 細胞毒性測試

細胞毒性的測試是評價樣品生物安全性的一項手段，對比涂層后的硅膠導尿管的生物安全性的可以有效評價涂層的安全性。由表1 可知，空白硅膠導尿管的細胞存活率為98.3%，當細胞存活率大于等于70%時，樣品不具有潛在細胞毒性，因此硅膠導尿管的生物安全性很高，經(jīng)過涂層后，導尿管的細胞存活率為96.5%，相較于空白硅膠導尿管細胞存活率變化不大，均不具有潛在細胞毒性，說明親水涂層的生物安全性良好。

表1 硅膠導尿管樣品細胞毒性測試結果

4 結論

本文通過等離子處理硅膠導尿管后進行熱固化涂層的方式成功制備了親水硅膠導尿管, 涂層成功涂覆于強疏水性的硅膠材質(zhì)表面；由44.577°的接觸角測試結果可知，制備的親水硅膠導尿管具有良好的親水性；通過30 次摩擦系數(shù)重復測試，低于0.05 的摩擦系數(shù)測試結果可知，該導尿管具有良好的潤滑性，而且該導尿管經(jīng)過320 次摩擦系數(shù)測試，其摩擦系數(shù)均在0.04-0.05 之間，初步可知該涂層具有良好的牢固性；制備的親水硅膠導尿管經(jīng)過30d 的模擬留置后，摩擦系數(shù)仍舊維持在0.05，潤滑性依舊良好；96.5%的細胞存活率可知，該親水導尿管不具有潛在細胞毒性，具有良好的生物安全性。通過該熱固化涂層的方式制備親水硅膠導尿管，工藝簡單，容易實現(xiàn)批量生產(chǎn)，對親水涂層導管類產(chǎn)品的發(fā)展起到一定促進作用。