一种基于连续不对称超亲水通道的自发流体输运敷料及其制备方法

1.本发明创造属于医疗器件及材料领域，尤其是涉及一种基于连续不对称超亲水通道的自发流体输运敷料及其制备方法。


背景技术：

2.利用界面与流体间的特殊相互作用来调控流体的收集行为，是当今材料科学研究的关键问题。灾难医学中，破溃型伤口的紧急处理和防护，是提高伤员生存率的重要手段。利用敷料进行止血处理是此类伤口处理的常用方法，但是已有研究中，所采用的敷料多为简单封堵，无法将破溃处的外渗液体主动排出，造成伤员的二次感染和伤口愈合减慢。另一方面，利用单纯的吸液性敷料进行处理，也无法实现外渗液体的连续排出。在更换吸液敷料时，也会对伤员伤口产生二次损伤。因此，设计一种可以长效贴合伤口，又可以主动排出外渗液的智能敷料，将对于破溃型伤口治疗具有积极作用。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种基于连续不对称超亲水通道的自发流体输运敷料及其制备方法。
4.为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：一种基于连续不对称超亲水通道的自发流体输运敷料，包括：多孔吸水层，所述多孔吸水层用于吸收和排出液体；基底层，所述基底层设置有贯通的、用于将液体运输至多孔吸水层的液体输运通道，所述液体输运通道包括连通的贯通孔和亲水通道，其中，亲水通道的两端开口中靠近多孔吸水层为收口，靠近伤口为开口，开口宽度大于收口宽度。
5.优选的，所述基底层中的亲水通道呈规则阵列排列，所述亲水通道的横截面呈规则形状。
6.优选的，所述亲水通道的横截面呈六边形、四边形或三角形中的一种或几种。
7.优选的，所述亲水通道的长度为0.5~2 mm，深度为0.1~2 mm，开口的宽度为0.1~2 mm，收口的宽度为0.1~1 mm。
8.优选的，所述贯通孔为方形孔通道或圆形孔通道，其孔径为0.1~1 mm，深度为0.1~1 mm。
9.优选的，所述多孔吸水层的厚度为0.1~1 mm，多孔材料的孔径为0.01~0.5 mm。
10.优选的，所述液体输运通道的表面设置有用于加速液体输送的亲水涂层。
11.优选的，所述亲水涂层的水滴静态接触角小于10
°
，优选水滴静态接触角小于5
°
。
12.优选的，所述的亲水涂层的主要成份包括碱性硅溶胶、聚丙烯酸、亲水二氧化硅纳米粒子、非离子表面活性剂、亲水聚合物、去离子水，其重量比为（1-5）：（0.5-1）：（0.2-0.5）：0.1：（0.5-1）：100。
13.优选的，所述亲水聚合物为具有糖环结构的亲水高分子材料。
14.更优选地，所述亲水聚合物选用羟丙基纤维素、羧甲基纤维素、磺酸改性纤维素、壳聚糖寡糖、葡聚糖中一种或几种的混合物。
15.更优选的，所述非离子表面活性剂选用triton x-100（聚乙二醇辛基苯基醚）。
16.优选的，所述基底层的材质为聚酯、聚乙烯醇纤维、聚氨酯或纤维素。
17.优选的，所述多孔吸水层为亲水纤维素、聚氨酯或聚酯纤维。
18.本发明还提供一种上述基于连续不对称超亲水通道的自发流体输运敷料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：（1）通过激光切割、模板二次复型或机械微加工的工艺使基底层上形成液体输运通道；（2）将碱性硅溶胶、聚丙烯酸、亲水二氧化硅纳米粒子、非离子表面活性剂、亲水聚合物、去离子水混合制备涂层溶液；（3）将步骤（1）加工后的基底层洗净，利用空气/o2等离子体活化后，将基底层浸没到步骤（2）制得的涂层溶液中，取出后干燥，干燥后清洗，再次干燥后得到具有亲水涂层的基底层；（4）将多孔吸水层贴合或压合在基底层表面即得基于连续不对称超亲水通道的自发流体输运敷料。
19.聚丙烯酸和亲水聚合物材料之间通过烷基链上的羧基和糖环上的羟基进行氢键组装，最大程度上稳定了涂层的结构。碱性硅溶胶在失水干燥的过程中，逐渐缩合形成具有连续网络结构的sio2结构，进而促进了涂层的亲水性提升。另外，外加亲水二氧化硅纳米粒子作为填料，可以增加涂层本身的微米级孔洞，有利于液体的快速铺展。聚丙烯酸-亲水聚合物-碱性硅溶胶的合理配伍，可以实现涂层亲水又耐水的特性。
20.相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：本发明创造所述的基于连续不对称超亲水通道的自发流体输运敷料直接贴敷与破溃伤口上方，具有连通结构的液体输运通道的基底层与伤口紧密结合。在毛细力的驱动下，伤口渗出液将自发在亲水通道中富集，经由贯通孔结构，向外输运到多孔吸水层之中，实现伤口外渗液的原位分离和主动排出。同时，通过外加液体药物，可以由液体混溶外向灌入伤口中，达到协同治疗效果。
附图说明
21.图1为本发明创造实施例所述的基于连续不对称超亲水通道的自发流体输运敷料的结构示意图。
22.图2为应用例中大鼠创面愈合情况。
23.附图标记说明：1、多孔吸水层；2、基底层；21、贯通孔；22、亲水通道；23、亲水涂层。
具体实施方式
24.除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；
所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
25.下面结合实施例来详细说明本发明创造。
26.一种基于连续不对称超亲水通道的自发流体输运敷料，如图1所示，包括多孔吸水层和基底层，多孔吸水层用于吸收基底层运输过来的液体和排出液体；基底层设置有贯通的、用于将液体运输至多孔吸水层的液体输运通道，液体输运通道包括相互连通的贯通孔和亲水通道，其中，亲水通道的两端开口中靠近多孔吸水层为收口，靠近伤口为开口，开口宽度大于收口宽度。
27.亲水通道横截面呈规则阵列结构，横截面以六边形、四边形、三角形形状规则进行排列，亲水通道的纵横切面为梯形等上下不对称的形状。贯通孔与亲水通道为一体，形成向上的贯通结构，形成液体从基底层的下表面运动到上表面的液体输运通道。多孔吸水层为多孔材料，推动液体的主动分离和连续排出。亲水通道、贯通孔和多孔吸水层三者形成统一的整合系统，实现伤口处外渗液体的主动排出。
28.液体输运通道由激光切割、模板二次复型或机械微加工等现有工艺制备所得。基底层可使用聚酯片材、聚乙烯醇纤维、聚氨酯片材或纤维素片材材料。
29.亲水通道的长度为0.5~2 mm，深度为0.1~2 mm，开口的宽度为0.1~2 mm，收口的宽度为0.1~1 mm。
30.贯通孔的直径在0.1~1 mm，长度在0.1~1 mm，形状为圆柱形或正方形，位于亲水通道连接处的正上方，并垂直于超亲水通道。
31.多孔吸水层的厚度在0.1~1 mm，孔径在0.01~0.5 mm，材质为亲水纤维素、聚氨酯或聚酯纤维。
32.液体输运通道中的亲水通道以六边形、四边形或三角形在基底层中进行紧密连接，构成规则阵列结构，最终实现整合尺寸1~1000 mm。
33.另外，为加快伤口愈合，在在干燥的多孔吸水层的外表面施加液体治疗药物可通过液体混溶作用自发输运到伤口处，形成一种协同治疗方法。
34.为进一步加快液体的排出，液体输运通道的表面设置有亲水涂层。亲水涂层的主要成份包括碱性硅溶胶、聚丙烯酸、亲水二氧化硅纳米粒子、非离子表面活性剂、亲水聚合物、去离子水，其重量比为（1-5）：（0.5-1）：（0.2-0.5）：0.1：（0.5-1）：100。亲水聚合物选用羟丙基纤维素。非离子表面活性剂选用triton x-100（聚乙二醇辛基苯基醚），制得的亲水涂层的静态接触角小于10
°
，1微升液滴在100毫秒内完全铺展。
35.上述基于连续不对称超亲水通道的自发流体输运敷料的制备方法按照以下步骤进行：（1）通过激光切割、模板二次复型或机械微加工的工艺使基底层上形成液体输运通道。
36.（2）将碱性硅溶胶、聚丙烯酸、亲水二氧化硅纳米粒子、非离子表面活性剂、亲水聚合物、去离子水混合制备涂层溶液；（3）将步骤（1）加工后的基底层洗净，利用空气/o2等离子体活化后，将基底层浸没到步骤（2）制得的涂层溶液中，取出后干燥，干燥后清洗，再次干燥后得到静态接触角小于10
°
的具有亲水涂层的基底层；（4）将多孔吸水层直接粘合或压合在基底层中贯通孔的表面即得基于连续不对称
超亲水通道的自发流体输运敷料。
37.将制备得到的基于连续不对称超亲水通道的自发流体输运敷料直接贴敷与破溃伤口上方，亲水通道面与伤口紧密结合。在毛细力的驱动下，伤口渗出液将自发在亲水通道中富集，经由贯通孔结构，向外输运到多孔吸水层之中，实现伤口外渗液的原位分离和主动排出。同时，通过外加液体药物，可以由液体混溶外向灌入伤口中，达到协同治疗效果。
38.实施例1该实施例用于说明亲水涂层组分配比对其亲水性能的影响，同时设置空白对照组。
39.将亲水涂层的原料组分混合制备涂层溶液，实施例和对比例的组分配比见表1，将聚酯片材浸泡于涂层溶液中10min之后取出干燥，得到表面涂覆有亲水涂层的聚酯片材，将表面涂覆有亲水涂层的聚酯片材进行接触角的测量，测量方法如下：测定装置选用sfmit公司生产的接触角测量仪sdc-200。在接触角测定中使用去离子水。
40.具体操作方法为：将水滴从微量注射器排出(sfmit公司生产，容量为500微升的微量注射器)排出的液量设定为4微升，在界面材料的正上方滴下水滴。通过水平放置的摄像机记录液滴滴下的状态。接触角测量仪与装有sdc-200接触角测量仪软件的计算机相连接，微量注射器与摄像机通过sdc-200接触角测量仪软件操控。再之后利用软件进行图像分析。
41.在本测定中，液滴在界面材料表面的滴落瞬间进行画面截取，通过sdc-200接触角测量仪软件（软件版本2.0，测量方法为座滴法，计算方法为量角法，图像处理模式为单张。）进行图像分析，算出水滴与空气接触界面切线和水滴与界面材料相界面构成的夹角，作为接触角。
42.在接触角测量仪的样品台上载置该界面材料，维持水平，对该1片界面材料不同的5处测定接触角。在上述各部位中，以5个接触角测定值平均的值(小数点以下第2位四舍五入) 定义为该界面材料的接触角。
43.按照下表配置涂层溶液：表1 实施例1中涂层溶液组分配比
组分碱性硅溶胶聚丙烯酸亲水二氧化硅纳米粒子tritonx-100羟丙基纤维素去离子水聚乙烯醇110.50.20.10.5100-230.70.40.10.6100-3510.50.11100-4-0.50.20.10.5100-53-0.40.10.6100-6510.50.1-100-7
‑‑
1.5
‑‑
1001对照组
‑‑‑‑‑‑‑
表2 实施例及对比例的测量结果分组接触角18.0
°±
2.4
°
25.5
°±
1.5
°
36.8
°±
2.4
°
46.9
°±
1.9
°
（溶于水）
55.1
°±
0.9
°
（易脱离）64.3
°±
1.0
°
（易脱离）716.8
°±
1.0
°
对照组51.9
°±
6.1
°
从上表的测量结果可以看出：组1-3制备得到的亲水涂层的接触角明显低于组4-7以及对照组，可将采用聚丙烯酸-亲水聚合物-碱性硅溶胶三者合理配伍显著提高了涂层的亲水性。
44.实施例2、3以及对比例1、2用于说明液体输运通道的形状液体铺展时间的影响实施例2（1）制备基底层亲水通道的尺寸设计为：长度2mm，深度0.5mm，开口的宽度2 mm，收口的宽度为1 mm。利用机械微加工-精雕机结合具有三角形尖端的刀具，在柔性聚酯薄片上直接雕刻具有锥形截面的通道结构。设置雕刻机参数，在通道汇聚处，直接刻穿基底，形成贯通孔，贯通孔的直径在1mm，长度在1mm，贯通孔位于亲水通道连接处的正上方，并垂直于亲水通道。最终形成纵截面为梯形、横截面为正方形的亲水通道以及与亲水通道连通的圆柱形贯通孔结构的聚酯片材。将聚酯片材进行5分钟空气/o2等离子体处理，后利用实施例1制备的涂层溶液浸泡5分钟，干燥后得到具有亲水通道的聚酯片材。
45.（2）制备基于连续不对称通道的自发流体输运敷料将厚度为1 mm、孔径0.1mm的纤维素纤维膜热压在聚酯片材的上方，形成多孔吸水层。最终得到基于连续不对称超亲水通道的自发流体输运敷料。
46.实施例3（1）制备基底层亲水通道的尺寸设计为：长度1mm，深度0.5mm，开口的宽度2 mm，收口的宽度为1 mm。利用机械微加工-精雕机结合具有三角形尖端的刀具，在聚氨酯弹性薄片上直接雕刻具有锥形截面的通道结构。设置雕刻机参数，在通道汇聚处，直接刻穿基底，形成贯通孔，贯通孔的直径在1mm，长度在1mm，贯通孔位于亲水通道连接处的正上方，并垂直于亲水通道。最终形成纵截面为梯形、横截面为正方形的亲水通道以及与亲水通道连通的圆柱形贯通孔结构的聚氨酯片材。将聚氨酯片材进行5分钟空气/o2等离子体处理，后利用实施例1制备的涂层溶液浸泡5分钟，干燥后得到具有亲水通道的聚氨酯片材。
47.（2）制备基于连续不对称超亲水通道的自发流体输运敷料将厚度为1 mm、孔径0.1mm的纤维素纤维膜热压在聚氨酯片材的上方，形成多孔吸水层。最终得到基于连续不对称超亲水通道的自发流体输运敷料。
48.对比例1（1）制备基底层利用机械微加工-精雕机结合具有三角形尖端的刀具，在柔性聚酯薄片上直接雕刻圆柱形的通道结构。设置雕刻机参数，直接刻穿基底，形成贯通孔，贯通孔的直径在1mm，长度在1.5mm。将具有圆柱形通道的柔性聚酯薄片进行5分钟空气/o2等离子体处理，后利用实施例1制备的涂层溶液浸泡5分钟，干燥后得到具有亲水通道的聚酯片材。
49.（2）制备基于对称超亲水通道的自发流体输运敷料
将厚度为1 mm、孔径0.1mm的纤维素纤维膜热压在聚酯片材的上方，形成多孔吸水层。最终得到基于对称超亲水通道的自发流体输运敷料。
50.对比例2（1）制备基底层利用机械微加工-精雕机结合具有三角形尖端的刀具，在柔性聚酯薄片上直接雕刻圆柱形的通道结构。设置雕刻机参数，直接刻穿基底，形成贯通孔，贯通孔的直径在1mm，长度在1.5mm。
51.（2）制备基于流体输运敷料将厚度为1 mm、孔径0.1mm的纤维素纤维膜热压在柔性聚酯薄片材的上方，形成多孔吸水层。最终得到流体输运敷料。
52.液体铺展试验方法：将界面材料水平正置于实验台之上，利用微量进样器吸取1微升水性液体（用红色水性染料染色），垂直滴入待测界面材料，并利用高速摄像机拍摄液体铺展视频。记录液体从接触界面开始铺站，到完全进入通道后的时间。随着液体的定向输运，界面材料的上方表面将不会被染色，证明其具有较好的液体导流能力。
53.试验结果如下：实施例2为具有非对称连通通道和超亲水涂层的片材，可以在100毫秒内将液体完全导流，上表面不存在明显的液体蓄积，显示出很好的脓血快速导流潜力；实施例3为具有非对称连通通道和超亲水涂层的片材，可以在100毫秒内将液体完全导流，上表面不存在明显的液体蓄积，显示出很好的脓血快速导流潜力。对比例1仅超亲水处理且具有对称通道结构的片材，初次铺展时间在1秒左右，后液滴保持饼状，不再继续铺展，仅通过涂层内部毛细作用将水分提取，无法实现表面脓血的快速导通。对比例2制得的敷料为对称通道且未经超亲水处理的片材，几乎不铺展，在可观测的时间内液滴保持球形。
54.应用例1.实验方法及观察指标：1.1感染动物模型的制备：选择体重为180-210g的健康成年雄性大鼠（华阜康）4只，按照随机数字表法分为对照组和治疗组，每组2只。2组大鼠用3%异氟烷吸入麻醉，俯卧位固定于手术板之上，充分暴露背部皮肤，固定四肢，用1%碘伏棉球反复擦拭大鼠背部皮肤，背部剃毛，面积约5
×
5cm，消毒脱毛区。在背部正中略下方切除2cm
×
1.5cm全层皮肤，将铜绿假单胞菌液均匀涂抹于所有大鼠创面，每个创面50μl。实验组：敷料（实施例2制备得到的自发流体输运敷料）覆盖创面，包扎固定。对照组：纱布覆盖创面，包扎固定。模型制备后用0.9%氯化钠腹腔内注射对大鼠进行液体复苏。密切监测大鼠复苏情况及生命体征。感染后大鼠分组单独圈养，自有获取食物和水。每日检查伤口情况，避免鼠群撕咬增加额外创伤。
55.1.2观察指标：感染模型制备完毕后，分别于day1, day3, day12, day15对大鼠背部创面进行评估。
56.2.实验结果：如图2所示，与对照组相比，实验组大鼠经过敷料覆盖治疗感染后创面愈合效果较
好。
57.以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。