CN114470340A - 一种功能液体复合的多孔医用导管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种功能液体复合的多孔医用导管及其制备方法，包括步骤：S1、对造孔结晶材料进行研磨过筛，获得10μm‑100μm的造孔结晶颗粒；S2、将固化材料与造孔结晶颗粒按照质量比为(5.5‑12)：(50‑200)混合均匀，得混合液；S3、将上述混合液加入中空圆柱体模具中，热固化后脱模和清洗，得到多孔医用导管；S4、根据多孔导管的物化性质，优化匹配与之稳定的功能液体；S5、将优化匹配的功能液体与多孔状的导管复合，制成功能液体复合的多孔医用导管。本发明突破了传统固体界面设计的限制，应用全新的动态液体界面设计，带来优异的抗菌和抗凝血性能，有望在临床上广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种功能液体复合的多孔医用导管及其制备方法，属于生物材料技术领域。
背景技术
临床上采用留置医用导管日趋普遍，尤其是用于重病患者的输血、输液、给药和补充营养。然而留置医用导管一旦感染或发生凝血堵塞导管，往往会给病人造成极大的痛苦及巨大的经济负担。
固体界面的设计为界面的抗菌抗凝血提供了一种思路，通常在界面处构筑微纳结构或者氟化处理，以降低表面能，实现超疏水性能，或在界面处构筑微纳结构并提高界面的表面能，实现超亲水性能，也可在界面处进行功能化修饰以提高其抗菌抗凝血性能，如修饰聚乙二醇、多巴胺、肝素、透明质酸、铜离子等。然而这固体界面的设计高度依赖界面处修饰物密度、均匀性以及修饰物的链长度等。将固体界面转换为液体界面带来了全新的设计思路，由于功能液体具有分子级别无缺陷的平整，可以排斥几乎与之不互溶的输运液体，带来优异的抗菌和抗凝血性能。构筑液体界面需满足以下三个原则：1)功能液体必须渗透进基底材料中并被牢牢地锁住；2)功能液体能浸润基底材料，相对于输运液体，功能液体应与基地材料更加亲和；3)功能液体与输运液体互不相溶。
为了构筑稳定的功能液体界面，需要在基底材料表面构筑微米或纳米级的粗糙结构，然而现有技术难以在医用导管材料表面(如PVC)构筑微结构，严重限制了其应用。因此，构建具有稳定的基于液体界面的医用导管仍然具有挑战，极大地限制了基于液体界面的医用导管从实验室走向临床应用。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种功能液体复合的多孔医用导管及其制备方法，以解决现有的医用导管表面构建微结构的难题。
为了实现上述目的，本发明采用的一种功能液体复合的多孔医用导管的制备方法，包括以下步骤：
S1、对造孔结晶材料进行研磨过筛，获得10μm-100μm的造孔结晶颗粒；
S2、将固化材料与造孔结晶颗粒按照质量比为(5.5-12)：(50-200)混合均匀，得混合液；
S3、将上述混合液加入中空圆柱体模具中，热固化后脱模和清洗，得到多孔医用导管；
S4、根据多孔导管的物化性质，优化匹配与之稳定的功能液体；
S5、将优化匹配的功能液体与多孔状的导管复合，制成功能液体复合的多孔医用导管。
作为改进，所述步骤S1中的造孔结晶材料采用氯化钠、氯化钾或蔗糖中的任一种。
作为改进，所述步骤S2中的固化材料包括二甲基硅氧烷预聚物和固化剂，所述二甲基硅氧烷预聚物和固化剂的质量比为(5-10)：(0.5-2)。
作为改进，所述固化剂为三甲基羟基硅烷、二甲基硅氧烷或烷氧基硅烷中的任一种。
作为改进，所述步骤S3中，混合液加入中空圆柱体模具，在50-80℃下加热保温6-10小时，固化后脱模，放入40-80℃的去离子水中浸泡20-60小时，得到多孔医用导管。
作为改进，所述步骤S4中的功能液体采用含氟溶液、汽油、煤油、橄榄油、润滑油、香油、硅油中的任一种。
作为改进，所述步骤S4中按照以下模型优化匹配功能液体：
模型1、输运液体和多孔材料之间存在稳定的功能液体，对应的界面能E1＝RγSF+γFT+γT；
模型2、功能液体在多孔材料上形成液膜，对应的界面能E2＝RγSF+γF；
模型3、输运液体填充多孔材料，对应的界面能E3＝RγST+γT；
其中，R表示多孔材料的粗糙度因子，γSF为多孔材料与功能液体之间的界面能，γFT为功能液体与输运液体之间的界面张力，γT为输运液体的表面张力，γF为功能液体表面张力，γST为多孔材料与输运液体之间的界面能；
优化匹配的功能液体应满足ΔEA＝E3–E1>0和ΔEB＝E3–E2>0。
作为进一步改进，所述ΔEA和ΔEB表示为：
ΔEA＝R(γFcosθF-γTcosθT)-γFT, (1)；
ΔEB＝R(γFcosθF-γTcosθT)+γT-γF. (2)；
其中θF和θT分别为功能液体和输运液体在多孔材料上的接触角。
最后，本发明还提供了一种功能液体复合的多孔医用导管，由上述的制备方法制得。
与现有技术相比，本发明制备功能液体复合的多孔医用导管的方法简单，制得的多孔医用导管的孔径在10μm-100μm，由于功能液体具有流动性以及多孔医用导管大的粗糙度，即使在大的流体运输条件下，功能液体仍表现出强大的自我修复能力及高适应性。同时，由于功能液体具有分子级别无缺陷的平整，可以排斥几乎与之不互溶的输运液体，带来优异的抗菌和抗凝血性能。本发明突破了传统固体界面设计的限制，应用全新的动态液体界面设计，带来优异的抗菌和抗凝血性能，有望在临床上广泛应用。
附图说明
图1为本发明实施例1制备多孔医用导管的流程图；
图2为本发明实施例1制得的多孔医用导管的孔径分布、孔隙率及微观结构示意图；
图3为本发明实施例1制得的多孔医用导管的抗菌性能；
图4为本发明实施例1制得的多孔医用导管的静态抗凝血性能；
图5为本发明实施例1制得的多孔医用导管的动态抗凝血性能。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
如图1所示，一种功能液体复合的多孔医用导管的制备方法，包括以下步骤：
S1、选择氯化钠作为造孔结晶材料，对其研磨并筛选获得尺寸为100μm、50μm、10μm大小的造孔结晶颗粒；
S2、将二甲基硅氧烷预聚物和三甲基羟基硅烷按照质量比为5:1混合，去除气泡，得到固化材料；将固化材料与筛选的造孔结晶颗粒按质量比为1:10混合均匀，去除气泡，得混合液；
S3、将上述混合液倒入中空圆柱体模具，在80℃下加热保温6小时，固化后脱模，放入60℃的去离子水中浸泡40小时，浸泡过程中每隔8个小时换一次水，得到一种多孔状的导管，如图2所示，可根据控制造孔结晶颗粒的大小，制备出所需孔径的导管；
S4、根据多孔导管的物化性质，优化匹配与之稳定的功能液体；
本发明建立了三种界面能模型：
模型1、输运液体和多孔材料之间存在稳定的功能液体，对应的界面能E1＝RγSF+γFT+γT；
模型2、功能液体在多孔材料上形成液膜，对应的界面能E2＝RγSF+γF；
模型3、输运液体填充多孔材料，对应的界面能E3＝RγST+γT；
其中，R表示多孔材料的粗糙度因子，γSF为多孔材料与功能液体之间的界面能，γFT为功能液体与输运液体之间的界面张力，γT为输运液体的表面张力，γF为功能液体表面张力，γST为多孔材料与输运液体之间的界面能；
优化匹配的功能液体应满足ΔEA＝E3–E1>0和ΔEB＝E3–E2>0；
ΔEA和ΔEB可以进一步表示为：
ΔEA＝R(γFcosθF-γTcosθT)-γFT, (1)；
ΔEB＝R(γFcosθF-γTcosθT)+γT-γF. (2)；
其中，θF和θT分别为功能液体和输运液体在多孔材料上的接触角；
S5、将优化匹配的功能液体注入多孔状的导管，制成功能液体复合的多孔医用导管。
经过计算，优化匹配的功能液体有全氟萘烷、3M FluorinertFC-70(氟化液)、Krytox 100(杜邦氟素润滑油)、Krytox 103(杜邦氟素润滑油)、植物油及硅油。
实施例2
取实施例1制得的功能液体复合的多孔医用导管，进行抗菌实验，选择格兰氏阴性菌(大肠杆菌)探究抗菌性能，具体实验过程如下：
将菌落稀释100倍，滴加在功能液体复合的多孔材料和PVC材料(对照)表面，在孵箱内培养24小时；然后加入2.5％的戊二醛溶液浸没进行固定；固定完成后，将戊二醛溶液吸除，并用PBS溶液清洗5次，每次1分钟，最后进行脱水脱醇，利用扫描电镜(SEM，HitachiS-4800)统计大肠杆菌的数量(如图3所示)。
根据图3可知，对照的PVC材料上粘附了大量的大肠杆菌，而本发明的功能液体复合的多孔材料上粘附大肠杆菌的数量明显减少，因此，本发明的多孔医用导管具有优异的抗菌性。
实施例3
取实施例1制得的功能液体复合的多孔医用导管，进行血小板粘附实验，具体实验过程如下：
取新鲜人血与枸橼酸钠抗凝剂按体积比9：1混合均匀，装入50mL离心管中进行离心，速度为1500rpm，时间为15分钟，然后吸取上清液，即为富含血小板的血浆(PRP)；选择医用导管常用的PVC材料作为对照组，将PRP通入功能液体复合的多孔医用导管和PVC导管中，在37℃的恒温箱中孵育0.5小时；使用PBS溶液清洗3次，每次清洗1分钟，清洗干净的样品用洗耳球吹干水分，然后加入2.5％的戊二醛溶液浸没进行固定；固定完成后，将戊二醛溶液吸除，并用PBS溶液清洗5次，每次1分钟，最后进行荧光染色，统计血小板的数量(如图4所示)。
根据图4可知，对照的PVC上粘附了大量的血小板，且激活数量较多，而本发明的功能液体复合的多孔医用导管上粘附血小板的数量大大减小，形态呈皱缩状，未见激活的血小板，因此，本发明的多孔医用导管具有优异的抗凝血性能。
实施例4
取实施例1制得的功能液体复合的多孔医用导管，进行动态抗凝血实验，具体实验过程如下：
首先剥离出兔子的左颈动脉和右颈静脉，将功能液体复合的多孔医用导管与PVC导管的两端分别接入留置针，并穿刺插入兔子的左颈动脉和右颈静脉，此导管输送血液，使血液流回心脏，形成一个血液回路；经过一个小时的血液传输，取下功能液体复合的多孔医用导管和PVC导管，用PBS溶液清洗3次，每次3分钟，然后进行拍照，最后进行脱水脱醇，利用扫描电镜(SEM，Hitachi S-4800)进行观察(如图5所示)。
根据图5可知，对照的PVC导管已经形成了血栓，堵塞了血液的输运，而本发明的功能液体复合的多孔医用导管未形成血栓，表现出优异的动态抗凝血性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种功能液体复合的多孔医用导管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对造孔结晶材料进行研磨过筛，获得10μm-100μm的造孔结晶颗粒；
S2、将固化材料与造孔结晶颗粒按照质量比为(5.5-12)：(50-200)混合均匀，得混合液；
S3、将上述混合液加入中空圆柱体模具中，热固化后脱模和清洗，得到多孔医用导管；
S4、根据多孔导管的物化性质，优化匹配与之稳定的功能液体；
S5、将优化匹配的功能液体与多孔状的导管复合，制成功能液体复合的多孔医用导管。
2.根据权利要求1所述的一种功能液体复合的多孔医用导管的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的造孔结晶材料采用氯化钠、氯化钾或蔗糖中的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种功能液体复合的多孔医用导管的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的固化材料包括二甲基硅氧烷预聚物和固化剂，所述二甲基硅氧烷预聚物和固化剂的质量比为(5-10)：(0.5-2)。
4.根据权利要求3所述的一种功能液体复合的多孔医用导管的制备方法，其特征在于，所述固化剂为三甲基羟基硅烷、二甲基硅氧烷或烷氧基硅烷中的任一种。
5.根据权利要求1所述的一种功能液体复合的多孔医用导管的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，混合液加入中空圆柱体模具，在50-80℃下加热保温6-10小时，固化后脱模，放入40-80℃的去离子水中浸泡20-60小时，得到多孔医用导管。
6.根据权利要求1所述的一种功能液体复合的多孔医用导管的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中的功能液体采用含氟溶液、汽油、煤油、橄榄油、润滑油、香油、硅油中的任一种。
7.根据权利要求1所述的一种功能液体复合的多孔医用导管的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中按照以下模型优化匹配功能液体：
模型1、输运液体和多孔材料之间存在稳定的功能液体，对应的界面能E1＝RγSF+γFT+γT；
模型2、功能液体在多孔材料上形成液膜，对应的界面能E2＝RγSF+γF；
模型3、输运液体填充多孔材料，对应的界面能E3＝RγST+γT；
其中，R表示多孔材料的粗糙度因子，γSF为多孔材料与功能液体之间的界面能，γFT为功能液体与输运液体之间的界面张力，γT为输运液体的表面张力，γF为功能液体表面张力，γST为多孔材料与输运液体之间的界面能；
优化匹配的功能液体应满足ΔEA＝E3–E1>0和ΔEB＝E3–E2>0。
8.根据权利要求7所述的一种功能液体复合的多孔医用导管的制备方法，其特征在于，所述ΔEA和ΔEB表示为：
ΔEA＝R(γFcosθF-γTcosθT)-γFT, (1)；
ΔEB＝R(γFcosθF-γTcosθT)+γT-γF. (2)；
其中θF和θT分别为功能液体和输运液体在多孔材料上的接触角。
9.一种功能液体复合的多孔医用导管，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制得。
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| CN202210086008.9A CN114470340A (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 一种功能液体复合的多孔医用导管及其制备方法 |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| US20140187666A1 (en) * | 2011-01-19 | 2014-07-03 | President And Fellows Of Harvard College | Slippery liquid-infused porous surfaces and biological applications thereof |
| CN108579821A (zh) * | 2018-05-11 | 2018-09-28 | 华中科技大学 | 一种多孔吸附负载型光催化反应膜及其制备方法与应用 |
| CN112090457A (zh) * | 2020-09-16 | 2020-12-18 | 徐州工程学院 | 基于仿生液体界面的可拉伸微流控系统、制备方法及应用 |
-
2022
- 2022-01-25 CN CN202210086008.9A patent/CN114470340A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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