一种仿生活性富氨基聚乙烯醇发泡体及其制备方法、发泡工艺、应用与流程

本发明涉及医疗器械领域，特别涉及一种仿生活性富氨基聚乙烯醇发泡体及其制备方法、发泡工艺、应用。

背景技术：

1、医疗器械的设计与开发，可以被应用在新的治疗程序开发，解决传统医疗程序所无法克服的临床限制与瓶颈，实践传统医疗器械所无法满足的临床需求，提供传统医疗行为所无法达到对医护病患的体贴保护。随着社会及医疗水平的演进，新的临床需求也不断的被提出，针对新的临床应用需求，除了从机械结构、与光机电资通讯整合来突破之外，更可充分考虑选择合适的生物医学工程材料来修饰而进行临床应用，这些常被应用的生物医学工程材料，例如聚乙烯醇、高分子电解质、聚氨酯、聚乳酸、聚原冰片烯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚硅氧烷、聚硅酮、天然高分子和树脂等。表面修饰工艺可以考虑临床需求而调整改变表面特性进行临床应用。随着迈入高龄化社会，在医疗照护管理及创伤管理的临床需求上，常需要面对病灶微环境进行隔离、支撑及引流，例如大规模出血、褥疮、糖尿病足等。这样的临床需求，目前常利用聚氨酯或无纺布等材料来处置。然而，聚氨酯或无纺布材料虽可达到生物兼容性基本安全性并提供处置，但却显示出因组织抗粘性能差所造成临床处置的限制，这也成为医疗照护与创伤管理的临床风险。因此，聚乙烯醇因其良好的生物兼容性并具备组织抗粘性、高渗透性及优杏机械性能而在临床上可提供很好的临床应用方案，并且可以在干燥状态及湿润状态下均可使用，没有崩解污染的问题。

2、近年来，人类逐渐利用自然及生物启发来解决各领域所面临的困难，特别是在传统设计与工艺无法提供解决方案时。在生医医学工程领域及临床应用领域上亦可如此透过自然及生物启发的仿生设计及工艺来进行突破。考虑用于药物、治疗和诊断应用的仿生解决方案，基于天然元素的灵感所发展得到的创新仿生材料将可用于临床医学或再生医学应用，并作为现代生物医学工程及临床医学材料，例如细胞打印或生物墨水或高支撑性引流材料。进一步，为了更有效率的将仿生设计思维及策略导入医疗器械，一套产出仿生设计并进行临床安全效能评估的程序建立是必要的。

3、聚乙烯醇发泡体医疗引流材料的传统设计采用传统淀粉发泡工艺或空气辅助淀粉发泡工艺制备。这样的工艺技术虽然产出许多通过上市审查的医用聚乙烯醇发泡体，然而大都呈现塌陷闭孔微结构，无法获得具有完全开放性通孔微结构的医疗引流材料，在本研究利用传统淀粉发泡工艺或空气辅助淀粉发泡工艺制备聚乙烯醇发泡体医疗引流材料亦呈现相同的结果。这样的结果，主要由于使用淀粉作为发泡剂的发泡工艺，难以形成气穴以提高引流性和结构支撑强度。为了建立受禽鸟骨骼和羽鞘所启发的稳定空气腔、孔壁、气动引流微结构和气穴支柱微结构，在聚乙烯醇发泡体的发泡过程中引入洁净的空气流很重要，可以成功的制备受禽鸟骨骼和羽鞘启发仿生设计的具有空气腔的高支撑软质医疗引流材料。传统的淀粉发泡工艺或空气辅助淀粉发泡工艺无法提供足够的驱动力来形成空气流动，从而促进空气腔、孔壁、气动引流微结构和气穴支柱微结构的形成。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供一种仿生活性富氨基聚乙烯醇发泡体及其制备方法、发泡工艺、应用，为了解决临床上对软质高支撑称性引流材料之需求，受禽鸟骨骼和羽鞘的生物启发，设计出一种用于医疗引流治疗具有气穴(air cavity)与孔壁(foam-wall)微结构的聚乙烯醇发泡体创新仿生引流材料，并且成功地发展出用于制作这种聚乙烯醇发泡体创新仿生引流材料的高洁净生产工艺。

2、在本研究中，对于利用生物启发进行引流医疗器械开发所建构的方法中，这样的统一问题仿生评估法，其所使用仿生医疗器械设计思维策略及评估流程可以作为其他仿生医疗器械(md)开发评估的参考，为未来仿生医疗器械设计提出有效指引。利用统一问题仿生评估法，可以有效设计和评估创新医疗器械，例如用于负压引流治疗(npwt)之引流医疗器械之设计评估。对于引流医疗材料的临床应用，除了引流性，其吸湿性和结构稳定性等理化性质亦是重要临床限制条件。此外，引流医疗材料的微观结构和热安定性也很重要。

3、本研究同时利用传统发泡工艺与仿生发泡工艺来进行制备一系列引流医疗材料，透过传统发泡工艺与仿生发泡工艺所产出引流医疗材料之性质与结构比对，可完整建构软质高支撑称性引流材料之设计与评估模式。不同工艺会获得具有不同微观结构特征的引流医用材料，通过傅里叶红外光谱(ftir)、热重分析(tga)和扫描电子显微镜(sem)对所得引流医用材料进行研究和表征，以获得功能性结构鉴定、热结构安定性和引流支撑微结构的信息。

4、本发明的技术方案是这样实现的：

5、一种仿生活性富氨基聚乙烯醇发泡体，包括由聚乙烯醇枝接富氨基聚合物经过发泡工艺制备而得；

6、所述仿生活性富氨基聚乙烯醇发泡体包括一支撑体和复合活性结构层：

7、所述支撑体的结构式(1)或(2)如下：

8、3000>go分子量>300，s,t,u,m,n,p>1；或

9、3000>go分子量>300，y/(x+y)<1，x,y>0；

10、所述复合活性结构层的结构式(3)、(4)、(5)或(6)如下：

11、3000>go分子量>300，s,t,r,m,n,p>1；

12、3000>go分子量>300，s,t,r,m,n,p>1；

13、3000>go分子量>300，s,t,u,r,m,n,p>1；或

14、3000>go分子量>300，s,t,u,r,m,n,p>1。

15、进一步的，所述聚乙烯醇枝接富氨基聚合物的制备方法，包括如下步骤：

16、s1制备含氨基糖骨架高分子聚合物：在分子量为300-3000的寡聚物中加入氢氧化钠，惰性气体下反应，以微液滴形式滴入丙酮，过滤，取沉淀物，冷冻干燥，得含氨基糖骨架高分子聚合物；

17、s2制备聚乙烯醇枝接富氨基聚合物：将聚乙烯醇溶于热水中，搅拌，过滤，得聚乙烯醇水溶液；

18、在聚乙烯醇水溶液中滴入硫酸/甲醛水溶液，搅拌，以微液滴形式滴入丙酮，过滤，取沉淀物，冷冻干燥，得混合物1；

19、将混合物1溶于热水中，搅拌，过滤，得混合物1水溶液；

20、在混合物1水溶液中加入含氨基糖骨架高分子聚合物水溶液，低温混合，反应后，在室温下以微液滴形式滴入丙酮，过滤，取沉淀物，冷冻干燥，得聚乙烯醇枝接富氨基聚合物。

21、进一步的，步骤s1中，所述寡聚物为壳聚糖、壳寡糖、明胶、胶原蛋白或蚕丝蛋白中的一种；所述惰性气体下，110-130℃反应30-60min；所述惰性气体为氮气。

22、进一步的，步骤s2中，将聚乙烯醇溶于100℃热水中，搅拌30-40min，过滤，得聚乙烯醇水溶液；所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度低于1％。

23、进一步的，步骤s2中，在聚乙烯醇水溶液中滴入硫酸/甲醛水溶液，控制ph值为4-5，45-55℃搅拌至少2h；所述硫酸/甲醛水溶液含有9-11wt％硫酸和0.5-1.5wt％甲醛。

24、进一步的，步骤s2中，将含醛基的聚乙烯醇高分子溶于100℃热水中，搅拌30-40min，过滤，得含醛基的聚乙烯醇水溶液；所述含醛基的聚乙烯醇水溶液的质量浓度为0.04-0.06％。

25、进一步的，步骤s2中，按重量比90-110：1，在含醛基的聚乙烯醇水溶液中加入含氨基糖骨架高分子聚合物水溶液，12-17℃混合，25-35℃反应25-35min后，在室温下以微液滴形式滴入丙酮。

26、本发明提供一种仿生活性富氨基聚乙烯醇发泡体的制备发泡工艺，包括如下步骤：

27、(1)制备富氨基互穿网混合溶液：取聚乙烯醇枝接富氨基聚合物，20-35℃搅拌，得富氨基互穿网混合溶液；

28、(2)高压气体调节界面活性诱导微纳米气泡生成：将含纳米气泡的多碳醇水溶液以200-300cm/min液体流速进入微纳米气泡诱导成型微流道模块装置，与富氨基互穿网混合溶液混合，使纳米气泡分散于富氨基互穿网混合溶液，搅拌，进行纳米气泡重组，调节气液界面活性，诱导产生微纳米气泡，得混合溶液a；

29、(3)热减压启动诱导微通道成型活化：调节压力500-1000psi、温度50-120℃，使混合溶液a热分解汽化分解成微气流，由热减压启动，减压破壁形成连通气穴，诱导微气流排出产生微通道，得结构体b；

30、(4)活性氨基交链气孔调节成型：在15-45℃条件下，将酸活化剂溶液流过结构体b，得所述仿生活性富氨基聚乙烯醇发泡体。

31、本发明还提供上述仿生活性富氨基聚乙烯醇发泡体在医疗引流材料中的应用。

32、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

33、本发明成功制备含活性氨基气孔微通道的聚乙烯发泡体医疗引流材料，具有一支撑体，复数个分散于支撑体内的微流道，该全开放式气穴、全开放式窗孔、微孔通道网络及微孔通道壁孔具有一富含铵离子之复合活性结构层，并形成一气动活性引流空间，使流经该气动活性引流空间的流体充分与该富含铵离子之复合活性结构层接触，产生交互作用，极大地提升聚乙烯发泡体医疗引流材料的功能性、抑菌性、亲水性和凝血性等功效。