基本信息
- 項目名稱：
- 綠色“心”材——一種水相制備新型抗凝抑菌生物親合材料
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品通過研究，在水相體系中用純天然高分子材料殼聚糖與人工高分子材料聚氨酯復合，制備出新型醫(yī)用高分子材料。對本作品中制備的復合材料做了全面的測試表征，結果表明此材料具有優(yōu)秀的力學性能；水失重和水溶脹率小，在37℃水中浸泡48天后仍有較好的機械性能；無細胞毒性，與純聚氨酯相比大幅增強了生物相容性；蛋白質吸附少，有效減少了生物污染的可能；對外源性凝血途徑有很好的抗凝血性；血液相容性測試結果優(yōu)異；對金黃葡萄球菌有一定的抑菌性；對于阿霉素等具備藥物包覆緩釋能力。該材料可以直接用乳液對生物材料表面進行修飾，涂布在人工代用器官或微創(chuàng)醫(yī)療器材等生物材料表面使用，也可以固化制成血液接觸材料使用，應用范圍廣泛。 創(chuàng)新點：1）合成過程采用水體系，比現有專利中報道的有機溶劑體系更環(huán)保、安全，符合國家倡導的綠色化學的概念；2）使用純天然的殼聚糖來改善聚氨酯，比現有專利中常見的改性聚氨酯使用人工合成的肝素、抗生素等更安全，無毒副作用；3）合成的復合材料可以同時兼顧以上提及的各項性能。
- 詳細介紹：
- 我國是一個人口大國，因此也是生物醫(yī)用材料和器械的需求大國。生物醫(yī)用材料的研究和產業(yè)化對社會和經濟的重大作用正日益受到各國政府、產業(yè)界和科學界的高度重視，我國也將生物醫(yī)用材料列為重點支持的八項高新技術領域之一。但是，我國生物材料及器械樣品單一，技術落后，科研與產業(yè)脫節(jié)，80％要依靠進口。基礎研究水平不高直接制約了新技術和新材料的開發(fā)和應用。因此，加強生物醫(yī)用材料的研發(fā)不僅是一個科學技術問題，還是一個重要的經濟和政治問題。 殼聚糖為純天然高分子，對人體無毒害、并具有抑菌性、抗凝血性、優(yōu)秀的生物相容性，但是由于高結晶性導致其韌性不夠，耐熱性差，難于加工成型，所以純殼聚糖難以直接用作于醫(yī)用高分子材料。聚氨酯獨特的微觀相分離使其具有良好的力學性能，但單純的聚氨酯膜抗凝血能力差，無抑菌性，生物相容性不足，同樣不能單獨作為醫(yī)用高分子材料而直接使用，需要進行改性。 本作品通過研究，在水相體系中用純天然高分子材料殼聚糖與人工合成的聚氨酯復合，制備出殼聚糖復合聚氨酯新型醫(yī)用高分子材料。該實驗方法簡單，反應條件溫和；乳液利于儲存運輸，便于加工，而且較通常的有機溶劑法合成更安全、環(huán)保；可以直接用乳液對生物材料表面進行修飾，涂布在人工代用器官或微創(chuàng)醫(yī)療器材等生物材料表面使用，也可以固化制成血液接觸材料使用，應用范圍廣泛；如可以通過超聲噴涂的方法涂布到裸金屬支架上制成藥物洗脫支架；也可以在室溫或中低溫使該乳液固化成體形材料，可以用于人工心臟瓣膜、人工血管等領域。 對本作品中制備的復合材料做了全面的測試表征，結果表明此材料具有優(yōu)秀的力學性能；水失重和水溶脹率小，在37℃水中浸泡48天后仍有較好的機械性能；無細胞毒性，與純聚氨酯相比大幅增強了生物相容性；蛋白質吸附少，有效減少了生物污染的可能；對外源性凝血途徑有很好的抗凝血性；血液相容性測試結果優(yōu)異；對金黃葡萄球菌有一定的抑菌性；對于阿霉素等具備藥物包覆緩釋能力。 與現有技術相比較：1）現行的多數醫(yī)用聚氨酯材料多采用有機溶液法聚合，引入的溶劑并非環(huán)境友好，我們采用的水相體系更安全、環(huán)保。2）現行醫(yī)用聚氨酯材料通常使用化學或物理方法引入肝素、抗生素等人工合成的藥物來達到抗凝抑菌、增加生物相容性的效果，而本作品中使用的殼聚糖為純天然高分子，使用起來非常安全，而且同樣可以達到良好的機械性能，并兼顧生物相容性、抑菌性、抗凝血性、藥物包裹釋放效果顯著。 附件： [1] 2009年專利獲得授權：殼聚糖改性水性聚氨酯彈性體的制備方法（ZL 200610040330.9） [2] 2009年提出專利申請：殼聚糖-聚氨酯離子復合物彈性體的制備方法（申請?zhí)枺?00910028353.1） [3] 2009年3月委托教育部科技查新工作站進行科技查新。 [4] 現已經委托江蘇省復合材料協會,組織鼓樓醫(yī)院、此領域相關科研機構和院校的專家對本作品進行鑒定。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 我國醫(yī)用材料及器械產品種類少，技術落后， 80％要依靠進口。對于我國這樣一個人口大國，加強這一類材料的研發(fā)不僅是一個科學技術問題，也是一個關系社會民生的重要問題。國家也將生物醫(yī)用材料列為重點支持的八項高新技術領域之一。針對于此，本作品通過研究，在水相體系中用純天然高分子材料殼聚糖與聚氨酯復合，制備出新型醫(yī)用高分子材料，有機的結合了殼聚糖的良好生物相容性、抑菌抗凝性與聚氨酯優(yōu)異的力學性能。 創(chuàng)新點：1）合成過程采用水體系，比現有的專利中報道的有機溶劑體系更環(huán)保、安全，符合國家倡導的綠色化學的概念。2）使用純天然的殼聚糖來改善聚氨酯的生物相容性、抑菌抗凝性，比現有專利中常見的改性聚氨酯使用人工合成的肝素、抗生素等更加安全，并無毒副作用。 對本作品的殼聚糖復合聚氨酯材料做了全面的測試表征，結果表明此復合材料具有優(yōu)秀的力學性能；水失重和水溶脹率小，在37℃水中浸泡48天后仍有較好的機械性能；無細胞毒性，與純聚氨酯相比大幅增強了生物相容性；蛋白質吸附少，有效減少了生物污染的可能；該復合材料對外源性凝血途徑有很好的抗凝血性；血液相容性測試結果優(yōu)異；對金黃葡萄球菌有一定的抑菌性；對于阿霉素等具備藥物包覆緩釋能力。
科學性、先進性
- 殼聚糖為純天然高分子，對人體無毒害、并具有抑菌性、抗凝血性、優(yōu)秀的生物相容性，但是由于高結晶性導致其韌性不夠，耐熱性差，難于加工成型，所以純殼聚糖難以直接用作于醫(yī)用高分子材料。聚氨酯獨特的微觀相分離使其具有良好的力學性能，但單純的聚氨酯膜抗凝血能力差，無抑菌性，生物相容性不足，同樣不能單獨作為醫(yī)用高分子材料而直接使用。 本作品選用殼聚糖和聚氨酯，利用其活性基團在水相中進行化學復合，制備出殼聚糖復合聚氨酯材料，所得材料既具有聚氨酯優(yōu)異的力學性能，又具有殼聚糖良好的抑菌性、抗凝血性和生物相容性。 與現有技術相比較：1）現行的醫(yī)用聚氨酯材料多采用溶液法聚合，引入的有機溶劑并非環(huán)境友好，我們采用的水相體系更安全、環(huán)保。2）現行醫(yī)用聚氨酯材料通常使用化學或物理方法引入肝素、抗生素等人工合成的藥物來達到抗凝抑菌、增加生物相容性的效果，而本作品中使用的殼聚糖為純天然高分子，使用起來非常安全，而且同樣可以達到良好的機械性能，并兼顧生物相容性、抑菌性、抗凝血性。
獲獎情況及鑒定結果
- [1] 2009年專利獲得授權：殼聚糖改性水性聚氨酯彈性體的制備方法（ZL 200610040330.9） [2] 2009年提出專利申請：殼聚糖-聚氨酯離子復合物彈性體的制備方法（申請?zhí)枺?00910028353.1） [3] 2009年3月委托教育部科技查新工作站進行科技查新。 [4] 現已經委托江蘇省復合材料協會,組織鼓樓醫(yī)院、此領域相關科研機構和院校的專家對本作品進行鑒定。
作品所處階段
- 實驗室階段研究已完成
技術轉讓方式
- 專利技術入股
作品可展示的形式
- 殼聚糖復合聚氨酯材料水乳液及薄膜的照片和實物 以本復合材料作為涂層的血管支架的照片和實物
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 本作品將殼聚糖和聚氨酯復合，得到殼聚糖復合聚氨酯材料。反應采用水乳液體系，較通常的有機溶劑法合成更安全、環(huán)保；可以直接將乳液涂布在人工代用器官或微創(chuàng)醫(yī)療器材等生物材料表面使用，也可以固化制成血液接觸材料使用，應用范圍廣泛；制得的材料在保留了聚氨酯優(yōu)異的物理性能的同時，大幅提高了材料的抗凝血性、生物相容性、抑菌性、并具備一定的藥物包覆、緩釋性能；該水相體系制備的殼聚糖復合聚氨酯材料可望用于人造血管支架涂層、人造心臟瓣膜、人造血管等醫(yī)用高分子材料的制備。 生物醫(yī)用材料和制品產業(yè)即將發(fā)展成為本世紀世界經濟的一個支柱產業(yè)，其市場銷售額以年平均12％～15％的速率穩(wěn)步增長。根據經濟合作與發(fā)展組織統(tǒng)計，到2010年全球生物醫(yī)用材料產業(yè)的市場銷售額將達到4000億美元。我國擁有近13億人口，有6000萬殘疾人，對醫(yī)用高分子材料的需求很大。但是，我國醫(yī)用高分子材料研究起步晚，80％要依靠進口，僅2002年就進口醫(yī)用高分子材料約100億元人民幣。因此，我們所研究的材料具有巨大的市場前景和可觀的經濟效益。
同類課題研究水平概述
- 天然高分子殼聚糖因其具有無毒、生物相容性等優(yōu)點而受到廣泛關注, 近四十多年來, 國內外學者競相研究, 涉及領域較廣, 如生物醫(yī)藥、保健食品、環(huán)保、復合材料等。吳小勇等研究了不同脫乙酰度和分子量的殼聚糖對金黃色葡萄球菌、枯草桿菌、大腸桿菌和假單胞菌的抑菌性能。Tse-Ying Liu 等合成了親水羥甲基乙酰殼聚糖的水凝膠并對其藥物包載和釋放性能做了研究, 發(fā)現這種水凝膠對包載和釋放很多種親水性藥物很有效。 從上世紀50年代聚氨酯首次應用于生物醫(yī)學起，四十多年來，聚氨酯彈性體在醫(yī)學上的用途日益廣泛。聚氨酯彈性體因其優(yōu)異的性能而廣泛應用于生物醫(yī)學。如毒性試驗符合醫(yī)用要求，具有優(yōu)良的韌性和彈性，加工性能好，能采用通常的方法滅菌，暴露在γ射線下性能不變。歐美等國已有很多商業(yè)化聚氨酯材料。國內也有不少研究機構從事醫(yī)用聚氨酯的研究，如:中山大學、上海橡膠制品研究所、江蘇省化工研究所等，但推廣應用不夠、影響不大，與發(fā)達國家相比差距很大。因此， 加強醫(yī)用聚氨酯的研究和推廣應用，具有廣闊的應用前景。Mitsubishi 化學工業(yè)公司研制的醫(yī)用導管是由聚氨基酸-氨基甲酸乙酯的共聚物制備而成的。該導管可用作人造血液導管, 泌尿導管及其他醫(yī)用導管, 具有抗凝血和生物相容性。羅鍵斌等 通過用叔氨基-ω-羥基聚己二醇（NPEG）對聚氨酯進行封端并用鹵代烴進行季銨化。利用PEG的抗黏附性能和季銨鹽的物理殺菌性能, 得到表面具有抗細菌黏附和永久殺菌的雙重功能的新型聚氨酯。 殼聚糖和聚氨酯作為醫(yī)用材料已經有了一定的研究進展，近年來利用殼聚糖改性聚氨酯制備具有優(yōu)良抗凝血性、抑菌性和生物相容性的醫(yī)用高分子材料是一個新的研究熱點。改性的方法有很多，但大多數采用物理共混和表面接枝的方法。周箭、楊輝等以TiO2為核載體，將AgNO3和殼聚糖吸附于其表面組裝而成復合抗菌劑，可以有效抑制大腸桿菌等7種菌種的繁殖。 以上研究中將殼聚糖對聚氨酯改性，制得的材料在力學性能、抗凝血性、抑菌性，生物相容性、藥物包釋效果方面只能在某一或某幾個方面具有較好的性能，但是很少見到能有同時兼顧以上性能的材料報道。我們研究的體系采用水乳液體系，將天然高分子殼聚糖和人工合成聚氨酯材料復合，制備得到的復合材料在保持聚氨酯良好的力學性能的同時，具有比較好的抗凝血性、抑菌性、生物相容性和顯著的藥物包釋效果。
