牛利衛(wèi) 王超威 楊 洋 劉秋華 程 杰 劉志遠(yuǎn) 楊 哲 崔景強(qiáng)*

（1、河南省醫(yī)用高分子材料技術(shù)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 長垣453400 2、河南駝人醫(yī)療器械集團(tuán)有限公司，河南 長垣453400）

1 概述

導(dǎo)尿術(shù)及留置導(dǎo)尿管是臨床常用的護(hù)理技術(shù)之一，在圍術(shù)期及重癥監(jiān)護(hù)病房已基本不可缺少，目前，超過25%的住院患者因?yàn)楦鞣N不同的原因需要進(jìn)行導(dǎo)尿[1-3]。臨床上使用導(dǎo)尿管出現(xiàn)的不良事件主要表現(xiàn)為：導(dǎo)尿管拔出困難、尿道紅腫、尿道感染等[4]，此外，導(dǎo)尿管在臨床上使用及插拔管時(shí)，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(huì)生活質(zhì)量的提升，人口老齡化問題的出現(xiàn)，導(dǎo)尿管在醫(yī)院、養(yǎng)老院等地方的應(yīng)用越來越多，因此對(duì)導(dǎo)尿管進(jìn)行功能化修飾以降低尿路的感染幾率勢(shì)在必行[10]。

尿路的感染是由于細(xì)菌從外界進(jìn)入尿道之后，在組織表面形成了生物膜，生物膜的存在為細(xì)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(duì)尿道的感染具有實(shí)質(zhì)性的作用[11-13]。目前，親水涂層導(dǎo)尿管在降低尿路感染上被普遍接受，國內(nèi)外均有批準(zhǔn)上市的親水導(dǎo)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(jí)聚乙烯吡咯烷酮[14-16]。鑒于硅膠導(dǎo)尿管較乳膠導(dǎo)尿管具有更好的生物相容性，本文以硅膠導(dǎo)尿管為基體，采用熱固化的涂層方式制備親水硅膠導(dǎo)尿管，通過對(duì)涂層結(jié)構(gòu)，形貌等的測(cè)試來表征該親水硅膠導(dǎo)尿管的基本性能，該親水導(dǎo)尿管的制備旨在填補(bǔ)國內(nèi)親水硅膠導(dǎo)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(jià)值。

2 實(shí)驗(yàn)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(jí)），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(xué)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(dǎo)尿管的制備

親水硅膠導(dǎo)尿管的制備共分為三步，首先為硅膠導(dǎo)尿管的活化過程，硅膠導(dǎo)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(qiáng)的化學(xué)惰性，因此需對(duì)其進(jìn)行表面活化處理；第二步為合成熱固化硅膠導(dǎo)尿管涂層液并對(duì)導(dǎo)尿管進(jìn)行涂層；最后將涂層后的硅膠導(dǎo)尿管置于烘箱中進(jìn)行熱固化處理得到親水硅膠導(dǎo)尿管。

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

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

2.2.3 涂層液的合成：本實(shí)驗(yàn)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(yù)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(dǎo)尿管的制備：將前處理后的導(dǎo)尿管樣品置于工裝設(shè)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(dǎo)尿管樣品。

2.3 性能測(cè)試

2.3.1 樣品涂層結(jié)構(gòu)表征

采用Nicolet iS-5 傅立葉變換紅外光譜儀對(duì)樣品結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對(duì)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(duì)樣品的形貌進(jìn)行表征，對(duì)比空白樣品管及親水涂層樣品管的不同。

2.3.3 接觸角測(cè)試

采用晟鼎精密儀器SDC-100S 接觸角測(cè)量儀，通過液滴法進(jìn)行涂層接觸角的測(cè)試，評(píng)價(jià)未涂層導(dǎo)尿管與涂層后親水導(dǎo)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(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)定儀對(duì)涂層的表面摩擦性能進(jìn)行測(cè)定，評(píng)價(jià)空白導(dǎo)尿管、親水導(dǎo)尿管的表面涂層的潤滑性能，通過對(duì)樣品管進(jìn)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(dǎo)尿管留置過程

親水硅膠導(dǎo)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(dǎo)尿管的人體留置過程，定期觀察樣品的狀態(tài)，浸泡30d 后，測(cè)定其摩擦系數(shù)并對(duì)比空白管與浸泡前樣品管。

2.3.6 細(xì)胞毒測(cè)試

參照國家標(biāo)準(zhǔn)[17]，對(duì)空白硅膠導(dǎo)尿管及親水硅膠導(dǎo)尿管進(jìn)行細(xì)胞毒性測(cè)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(shí)驗(yàn)用浸提液；將生長良好的L929 細(xì)胞用0.5%胰酶（含EDTA）消化后，用MEM 稀釋到1×105個(gè)/mL，接種于96 孔板，每孔接種100uL，使細(xì)胞個(gè)數(shù)達(dá)到1×104個(gè)/孔，每個(gè)樣品六個(gè)復(fù)孔，37℃，5% CO2 培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24h；細(xì)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(duì)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(biāo)儀下570nm 處進(jìn)行吸光值（OD）檢測(cè)；細(xì)胞增值率RGR= 實(shí)驗(yàn)組的OD 平均值/ 陰性組的OD 平均值×100% 。根據(jù)細(xì)胞存活率判斷是否存在潛在的細(xì)胞毒性；如果存活率下降小于空白的70%，則具有潛在的細(xì)胞毒性。

圖1 導(dǎo)尿管樣品紅外光譜圖

3 結(jié)果及分析

3.1 涂層樣品結(jié)構(gòu)表征

圖2 導(dǎo)尿管樣品顯微鏡圖

圖3 導(dǎo)尿管樣品的接觸角測(cè)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(dǎo)尿管基材的特征峰；空白導(dǎo)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(dòng)峰，1531.2cm-1為N-H 的伸縮振動(dòng)峰；制備的親水硅膠導(dǎo)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(dòng)峰，1287.5cm-1為C-N 的伸縮振動(dòng)峰，通過紅外吸收光譜可知，空白導(dǎo)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(dǎo)尿管。

3.2 涂層樣品形貌表征

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

圖4 導(dǎo)尿管樣品潤滑性及涂層牢固性摩擦系數(shù)測(cè)試

3.3 接觸角測(cè)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(jìn)行接觸角測(cè)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(qiáng)，經(jīng)過第一層涂覆后，硅膠導(dǎo)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(dǎo)尿管的表面涂覆了一層含有PVP 的聚氨酯薄膜，導(dǎo)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(cè)試

圖4 為空白導(dǎo)尿管及雙層涂覆導(dǎo)尿管的摩擦系數(shù)測(cè)試結(jié)果，由圖4a 可知，空白導(dǎo)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(guān)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(dǎo)尿管的安全性的前提，因此涂層的牢固性需要考察。本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)親水導(dǎo)尿管進(jìn)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(cè)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(dǎo)尿管的涂層具有良好的牢固性。

3.5 體外模擬導(dǎo)尿管留置過程

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

圖5 體外模擬導(dǎo)尿管留置前后摩擦系數(shù)測(cè)試

3.6 細(xì)胞毒性測(cè)試

細(xì)胞毒性的測(cè)試是評(píng)價(jià)樣品生物安全性的一項(xiàng)手段，對(duì)比涂層后的硅膠導(dǎo)尿管的生物安全性的可以有效評(píng)價(jià)涂層的安全性。由表1 可知，空白硅膠導(dǎo)尿管的細(xì)胞存活率為98.3%，當(dāng)細(xì)胞存活率大于等于70%時(shí)，樣品不具有潛在細(xì)胞毒性，因此硅膠導(dǎo)尿管的生物安全性很高，經(jīng)過涂層后，導(dǎo)尿管的細(xì)胞存活率為96.5%，相較于空白硅膠導(dǎo)尿管細(xì)胞存活率變化不大，均不具有潛在細(xì)胞毒性，說明親水涂層的生物安全性良好。

表1 硅膠導(dǎo)尿管樣品細(xì)胞毒性測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)論

本文通過等離子處理硅膠導(dǎo)尿管后進(jìn)行熱固化涂層的方式成功制備了親水硅膠導(dǎo)尿管, 涂層成功涂覆于強(qiáng)疏水性的硅膠材質(zhì)表面；由44.577°的接觸角測(cè)試結(jié)果可知，制備的親水硅膠導(dǎo)尿管具有良好的親水性；通過30 次摩擦系數(shù)重復(fù)測(cè)試，低于0.05 的摩擦系數(shù)測(cè)試結(jié)果可知，該導(dǎo)尿管具有良好的潤滑性，而且該導(dǎo)尿管經(jīng)過320 次摩擦系數(shù)測(cè)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(dǎo)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(xì)胞存活率可知，該親水導(dǎo)尿管不具有潛在細(xì)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(dǎo)尿管，工藝簡單，容易實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，對(duì)親水涂層導(dǎo)管類產(chǎn)品的發(fā)展起到一定促進(jìn)作用。