CN103087453A - 一种离子交联的pva多孔海绵及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种离子交联的PVA多孔海绵，由以下按重量百分比计的成分制备得到：聚乙烯醇5-15%、无水乙醇10-20%、去离子水40-80%、离子交联剂10-30%、发泡剂1-10%、无机酸1-10%。本发明还提供上述离子交联的PVA多孔海绵的制备方法。本发明还提供上述离子交联的PVA多孔海绵的应用。本发明克服现有技术中化学交联法制备PVA水凝胶中残留酸、醛等有害物质等问题，具有使用方便、生物安全性能高、止血效果好、不粘连和机械性能好等特点，本发明能适应不同年龄段、鼻腔大小不同的患者使用，极大地改善了患者的舒适性，提高了医生操作的便利性，降低交叉感染的风险。

Description

一种离子交联的PVA多孔海绵及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，涉及一种离子交联的PVA多孔海绵及其制备方法与应用。

背景技术

水凝胶(Gel)是指含有大量溶剂的三维网状结构高分子，其网络由大分子主链及含有亲水性(极性)基团和疏水性（非极性）基团，或有解离型基团的侧链构成。

根据水凝胶网络键合方式的不同，可分为物理凝胶和化学凝胶。物理凝胶是通过物理作用力如静电作用、氢键、链缠绕等形成的，这种凝胶是非永久性的，通过加热凝胶可转变为溶液，所以也被称为假凝胶或热可逆凝胶。化学凝胶是由化学键交联形成的三维网络聚合物，是永久性的，又称为真凝胶。

聚乙烯醇(PVA)水凝胶具有良好的机械性能、优异的生物相容性、高度的亲水性和良好的成膜性，现已广泛应用于生物医用材料和分离材料领域。

聚乙烯醇水凝胶的制备方法可以分为物理方法、化学方法和辐射方法。

物理方法是利用氢键、疏水、离子键等物理作用力，在PVA分子之间形成交联点从而制备PVA水凝胶的方法。如冷冻、解冻方法是一种比较常见的方法，采用该方法制备的PVA水凝胶具有操作简便、吸水率较高等特点，制备过程中若不加入其他化学物质，具有良好的生物安全性，在生物医用领域有着潜在应用前景。其不足之处是分子间作用力相对较弱，凝胶的稳定性差。

化学方法一般采用甲醛、戊二醛、环氧氯丙烷等作为化学交联剂加入到PVA水溶液中，然后加入盐酸调节PH值，在PVA分子之间形成共价键从而形成水凝胶。如暨南大学的林志丹等人采用甲醛交联PVA，制备不同孔径大小和不同壳聚糖含量的微黄色壳聚糖改性缩醛化PVA海绵。采用该方法制备的水凝胶具有较高的交联密度、较好的机械性能、调节方便等优点，如PVA水凝胶的孔径和吸水率可通过调节交联剂的用量来控制。其不足之处在于添加了醛类、无机酸和环氧氯丙烷等化学组分，残留组分难以完全去除，对人体存在危害的可能，在一定程度上影响最终产品的生物安全性能。

辐射方法是利用x射线、伽马射线和电子束等辐射PVA水溶液制备PVA水凝胶的方法。这种方法也分为两种，一种是不加交联剂辐射交联的PVA水凝胶，这样得到的水凝胶生物安全性也较好，然而机械性能很差；第二种是加入交联剂辐射交联而得到的PVA凝胶，该方法与化学方法具有相似的优点和弊端。

综上所述，化学方法（包括添加辐射交联剂）制备的PVA水凝胶存在残留组分难以完全去除，用于人体鼻腔止血等方面存在生物安全性的问题。常规物理冷冻－解冷冻方法制备的PVA水凝胶生物安全性良好，却存在机械性能较差的问题。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种离子交联的PVA多孔海绵。该离子交联的PVA多孔海绵利用离子键作用力较强的特性，具有物理交联、安全等特点。通过表面组装技术赋予其止血特性，为鼻腔填塞、止血和消炎提供一种使用方便、生物安全性能高、止血效果好、不粘连和机械性能好的离子交联的PVA多孔海绵，具有良好的市场前景。

本发明的另一目的在于提供上述离子交联的PVA多孔海绵的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述离子交联的PVA多孔海绵的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种离子交联的PVA多孔海绵，由以下按重量百分比计的成分制备得到：聚乙烯醇5-15%、无水乙醇10-20%、去离子水40-80%、离子交联剂10-30%、发泡剂1-10%、无机酸1-10%。

所述聚乙烯醇的醇解度95-99%，聚乙烯醇的聚合度为2000- 20000。

所述离子交联剂为葡萄糖酸钙，葡萄糖链段与PVA分子相互缠绕，通过钙离子形成交联点。

所述发泡剂为碳酸氢钠。

所述无机酸为柠檬酸。

一种离子交联的PVA多孔海绵的制备方法，包括以下步骤：

（1）、准确称量聚乙烯醇并将其溶解在无水乙醇和去离子水的混合溶剂中，温度50-90℃，搅拌20-90分钟至聚乙烯醇完全溶解；

（2）、添加离子交联剂，继续搅拌20分钟以上，直至溶液呈透明状态；

（3）、添加发泡剂搅拌3-5分钟；

（4）、添加无机酸，并提高转速至500rpm以上，连续搅拌20-30分钟；

（5）、将步骤（4）中的溶液转移到模具中，并在-20℃以下冷冻24小时以上；

（6）、将冷冻后的模具置于真空冷冻干燥机中，在-50℃、真空度低于30Pa的条件下干燥24-48小时即制得离子交联的PVA多孔海绵。

所述步骤（2）中的离子交联剂为葡萄糖酸钙，步骤（3）中的发泡剂为碳酸氢钠，步骤（4）中的无机酸为柠檬酸。

一种离子交联的PVA多孔海绵的应用，包括以下步骤：

1）、PVA多孔海绵通过聚丙烯塑料模具冷冻和干燥后，制得一种外观呈子弹头形状、内部多孔的半成品；

2）、在步骤1）中的半成品上组装止血因子；首先，在80g离子水中添加20g的海藻酸钠，在温度70-80℃下连续搅拌30分钟，待海藻酸钠完全溶解，然后将半成品浸泡在上述溶液中浸泡5-10分钟，取出后在温度为50℃的真空干燥器中干燥6h，制得成品。

所述步骤1）中子弹头形状为整体呈圆柱形、头部呈弹头的结构，圆柱形直径为3mm或5mm或8mm或10mm或12mm。

实施手术时，医生根据患者鼻腔大小选择匹配的规格，取出成品，浸泡在去离子水中浸泡5分钟，吸水后膨胀并变软，然后填塞在患者的鼻腔中即完成了手术。

当鼻腔出血时，成品表面海藻酸钙遇到血液中的钠离子会发生交换，钙离子的释放加速了毛细血管末端血块的形成，从而达到迅速止血的效果；部分海藻酸钙转变海藻酸钠形成凝胶状物质，对鼻腔黏膜起保护作用并避免粘连，保证治疗完毕后拔出时不损伤鼻腔粘膜和伤口。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

（1）、本发明采用葡萄糖酸钙为离子交联剂，葡萄糖链段与PVA分子相互缠绕，通过钙离子形成交联点，其机械性能比物理冷冻、解冷冻方法制备的水凝胶有明显提高。

（2）、本发明所采用的所有材料全部符合FDA的要求，具有生物安全性高的优点，克服了化学交联法制备PVA水凝胶中残留酸、醛等有害物质的难题。

（3）、本发明可以预先制备直径大小不同的之弹头形成品，能较好地适应不同年龄段、鼻腔大小不同的患者使用，克服了传统PVA块状止血海绵在使用时需裁剪的步骤，极大地提高了患者的舒适性和医生操作的便利性，同时显著降低材料裁剪过程中出现交叉感染的风险。

（4）、本发明在半成品表面组装海藻酸钙止血修复因子，提高了有效止血成分海藻酸钙的利用效率，提高了止血效果。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种离子交联的PVA多孔海绵，由以下按重量百分比计的成分制备得到：聚乙烯醇5-15%、无水乙醇10-20%、去离子水40-80%、离子交联剂10-30%、发泡剂1-10%、无机酸1-10%。本实施例中的聚乙烯醇的醇解度95-99%，聚乙烯醇的聚合度为2000- 20000，离子交联剂为葡萄糖酸钙，葡萄糖链段与PVA分子相互缠绕，通过钙离子形成交联点，发泡剂为碳酸氢钠，无机酸为柠檬酸。

本实施例中的聚乙烯醇为10g，无水乙醇为10g，去离子水为70g，然后将聚乙烯醇溶解在无水乙醇和去离子水的混合溶剂中，温度50℃，搅拌90分钟至聚乙烯醇完全溶解；然后添加6g葡萄糖酸钙，继续搅拌30分钟至其完全溶解；然后加入2g碳酸氢钠，搅拌5分钟待其完全溶解；然后提高转速，600rpm，同时缓慢加入2g柠檬酸，溶液中产生大量气泡，继续搅拌至柠檬酸添加完毕后，将溶液迅速倒入采用冰水浴冷却、温度为5℃的聚丙烯塑料子弹头模具（制备成品）和平板模具（测试溶胀率和机械性能）中降温20分钟，然后将其置于-20℃冰箱中冷冻48h，采用真空冷冻干燥机干燥48小时，得到离子交联的PVA多孔海绵。

PVA多孔海绵通过聚丙烯塑料模具冷冻和干燥后，制得一种外观呈子弹头形状、内部多孔的半成品；然后在半成品上组装止血因子；具体为：首先，在80g离子水中添加20g的海藻酸钠，在温度70℃下连续搅拌30分钟，待海藻酸钠完全溶解，然后将半成品浸泡在上述溶液中浸泡10分钟，取出后在温度为50℃的真空干燥器中干燥6h，制得成品。

本实施例中子弹头形状为整体呈圆柱形、头部呈弹头的结构，圆柱形直径为3mm。

将上片状样条去离子水中浸泡10分钟，测得其溶胀率为2.8、拉伸强度为6.5MPa、压缩强度为12.8Mpa。

实施例2

一种离子交联的PVA多孔海绵，由以下按重量百分比计的成分制备得到：聚乙烯醇5-15%、无水乙醇10-20%、去离子水40-80%、离子交联剂10-30%、发泡剂1-10%、无机酸1-10%。本实施例中的聚乙烯醇的醇解度95-99%，聚乙烯醇的聚合度为2000- 20000，离子交联剂为葡萄糖酸钙，葡萄糖链段与PVA分子相互缠绕，通过钙离子形成交联点，发泡剂为碳酸氢钠，无机酸为柠檬酸。

本实施例中的聚乙烯醇为15g，无水乙醇为15g，去离子水为56g，然后将聚乙烯醇溶解在无水乙醇和去离子水的混合溶剂中，温度80℃，搅拌20分钟至聚乙烯醇完全溶解；然后添加4g葡萄糖酸钙，继续搅拌30分钟至其完全溶解；然后加入4g碳酸氢钠，搅拌5分钟待其完全溶解；然后提高转速，500rpm，同时缓慢加入4g柠檬酸，溶液中产生大量气泡，继续搅拌至柠檬酸添加完毕后，将溶液迅速倒入采用冰水浴冷却、温度为5℃的聚丙烯塑料子弹头模具（制备成品）和平板模具（测试溶胀率和机械性能）中降温20分钟，然后将其置于-20℃冰箱中冷冻48h，采用真空冷冻干燥机干燥48小时，得到离子交联的PVA多孔海绵。

PVA多孔海绵通过聚丙烯塑料模具冷冻和干燥后，制得一种外观呈子弹头形状、内部多孔的半成品；然后在半成品上组装止血因子；具体为：首先，在80g离子水中添加20g的海藻酸钠，在温度80℃下连续搅拌30分钟，待海藻酸钠完全溶解，然后将半成品浸泡在上述溶液中浸泡10分钟，取出后在温度为50℃的真空干燥器中干燥6h，制得成品。

本实施例中子弹头形状为整体呈圆柱形、头部呈弹头的结构，圆柱形直径为8mm。

将上片状样条去离子水中浸泡10分钟，测得其溶胀率为4.8、拉伸强度为5.2MPa、压缩强度为9.8MPa。

 

实施例3

一种离子交联的PVA多孔海绵，由以下按重量百分比计的成分制备得到：聚乙烯醇5-15%、无水乙醇10-20%、去离子水40-80%、离子交联剂10-30%、发泡剂1-10%、无机酸1-10%。本实施例中的聚乙烯醇的醇解度95-99%，聚乙烯醇的聚合度为2000- 20000，离子交联剂为葡萄糖酸钙，葡萄糖链段与PVA分子相互缠绕，通过钙离子形成交联点，发泡剂为碳酸氢钠，无机酸为柠檬酸。

本实施例中的聚乙烯醇为10g，无水乙醇为20g，去离子水为54g，然后将聚乙烯醇溶解在无水乙醇和去离子水的混合溶剂中，温度90℃，搅拌60分钟至聚乙烯醇完全溶解；然后添加10g葡萄糖酸钙，继续搅拌30分钟至其完全溶解；然后加入2g碳酸氢钠，搅拌5分钟待其完全溶解；然后提高转速，1000rpm，同时缓慢加入4g柠檬酸，溶液中产生大量气泡，继续搅拌至柠檬酸添加完毕后，将溶液迅速倒入采用冰水浴冷却、温度为5℃的聚丙烯塑料子弹头模具（制备成品）和平板模具（测试溶胀率和机械性能）中降温20分钟，然后将其置于-20℃冰箱中冷冻48h，采用真空冷冻干燥机干燥48小时，得到离子交联的PVA多孔海绵。

PVA多孔海绵通过聚丙烯塑料模具冷冻和干燥后，制得一种外观呈子弹头形状、内部多孔的半成品；然后在半成品上组装止血因子；具体为：首先，在80g离子水中添加20g的海藻酸钠，在温度75℃下连续搅拌30分钟，待海藻酸钠完全溶解，然后将半成品浸泡在上述溶液中浸泡10分钟，取出后在温度为50℃的真空干燥器中干燥6h，制得成品。

本实施例中子弹头形状为整体呈圆柱形、头部呈弹头的结构，圆柱形直径为12mm。

将上片状样条去离子水中浸泡10分钟，测得其溶胀率为3.6、拉伸强度为6.0MPa、压缩强度为10.5MPa。

 

对比例1

将10g聚乙烯醇(PVA)、10g无水乙醇、76g去离子水混合，加热至55-60℃，连续搅拌30分钟待聚乙烯醇完全溶解。然后加入2g碳酸氢钠，搅拌5分钟待其完全溶解；然后提高转速，800rpm，同时缓慢加如2g柠檬酸，溶液中产生大量气泡，继续搅拌至柠檬酸添加完毕后。将溶液迅速倒入采用冰水浴冷却、温度为5℃的聚丙烯塑料平板模具（测试溶胀率和机械性能）中降温20分钟，然后将其置于-20℃冰箱中冷冻48h，采用真空冷冻干燥机干燥48小时。

在常温条件下放置24h，然后再置于-20℃冰箱中冷冻48h，采用真空冷冻干燥机干燥48小时。重复冷冻、解冷冻2次，制得离子交联的PVA多孔海绵。

将上片状样条去离子水中浸泡10分钟，测得其溶胀率为2.1、拉伸强度为2.2MPa、压缩强度为4.1MPa。

 

对比例2

将10g聚乙烯醇(PVA)、10g无水乙醇、70g去离子水混合，加热至55-60℃，连续搅拌30分钟待聚乙烯醇完全溶解；然后加入2g海藻酸钠，搅拌15分钟待其完全溶解；然后提高转速，同时缓慢加如2g柠檬酸，溶液中产生大量气泡，继续搅拌至柠檬酸添加完毕后。将溶液迅速倒入采用冰水浴冷却、温度为5℃的聚丙烯塑料子弹头模具（制备成品）和平板模具（测试溶胀率和机械性能）中降温20分钟，然后将其置于-20℃冰箱中冷冻48h，采用真空冷冻干燥机干燥48小时。

在常温条件下放置24h，然后再置于-20℃冰箱中冷冻48h，采用真空冷冻干燥机干燥48小时。重复冷冻、解冷冻2次，制得离子交联的PVA多孔海绵。

将上片状样条去离子水中浸泡10分钟，测得其溶胀率为9.2、拉伸强度为1.5MPa、压缩强度为3.2MPa。海藻酸钠的加入提高了凝胶的溶胀率，然而拉伸强度和压缩强度下降，容易破裂，实际应用价值不佳。

综上所述，与冷冻、解冷冻物理交联法相比，本发明制备的离子交联的PVA多孔海绵的拉伸强度和压缩强度有明显提高，完全可满足鼻腔填塞和止血临床用途。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种离子交联的PVA多孔海绵，其特征在于由以下按重量百分比计的成分制备得到：聚乙烯醇5-15%、无水乙醇10-20%、去离子水40-80%、离子交联剂10-30%、发泡剂1-10%、无机酸1-10%。

2.根据权利要求1所述的离子交联的PVA多孔海绵，其特征在于，所述聚乙烯醇的醇解度95-99%，聚乙烯醇的聚合度为2000- 20000。

3.根据权利要求1所述的离子交联的PVA多孔海绵，其特征在于：所述离子交联剂为葡萄糖酸钙，葡萄糖链段与PVA分子相互缠绕，通过钙离子形成交联点。

4.根据权利要求1所述的离子交联的PVA多孔海绵，其特征在于：所述发泡剂为碳酸氢钠。

5.根据权利要求1所述的离子交联的PVA多孔海绵，其特征在于：所述无机酸为柠檬酸。

6.根据权利要求1所述的离子交联的PVA多孔海绵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、准确称量聚乙烯醇并将其溶解在无水乙醇和去离子水的混合溶剂中，温度50-90℃，搅拌20-90分钟至聚乙烯醇完全溶解；

（2）、添加离子交联剂，继续搅拌20分钟以上，直至溶液呈透明状态；

（3）、添加发泡剂搅拌3-5分钟；

（4）、添加无机酸，并提高转速至500rpm以上，连续搅拌20-30分钟；

（5）、将步骤（4）中的溶液转移到模具中，并在-20℃以下冷冻24小时以上；

（6）、将冷冻后的模具置于真空冷冻干燥机中，在-50℃、真空度低于30Pa的条件下干燥24-48小时即制得离子交联的PVA多孔海绵。

7.根据权利要求6所述的离子交联的PVA多孔海绵的制备方法，其特征在于，步骤（2）中的离子交联剂为葡萄糖酸钙，步骤（3）中的发泡剂为碳酸氢钠，步骤（4）中的无机酸为柠檬酸。

8.根据权利要求1所述的离子交联的PVA多孔海绵的应用，其特征在于，包括以下步骤：

1）、PVA多孔海绵通过聚丙烯塑料模具冷冻和干燥后，制得一种外观呈子弹头形状、内部多孔的半成品；

2）、在步骤1）中的半成品上组装止血因子；首先，在80g离子水中添加20g的海藻酸钠，在温度70-80℃下连续搅拌30分钟，待海藻酸钠完全溶解，然后将半成品浸泡在上述溶液中浸泡5-10分钟，取出后在温度为50℃的真空干燥器中干燥6h，制得成品。

9.根据权利要求8所述的离子交联的PVA多孔海绵的应用，其特征在于：所述步骤1）中子弹头形状为整体呈圆柱形、头部呈弹头的结构，圆柱形直径为3mm或5mm或8mm或10mm或12mm。