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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
綠色“心”材——一種水相制備新型抗凝抑菌生物親合材料
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本作品通過(guò)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(fù)合，制備出新型醫(yī)用高分子材料。對(duì)本作品中制備的復(fù)合材料做了全面的測(cè)試表征，結(jié)果表明此材料具有優(yōu)秀的力學(xué)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(jī)械性能；無(wú)細(xì)胞毒性，與純聚氨酯相比大幅增強(qiáng)了生物相容性；蛋白質(zhì)吸附少，有效減少了生物污染的可能；對(duì)外源性凝血途徑有很好的抗凝血性；血液相容性測(cè)試結(jié)果優(yōu)異；對(duì)金黃葡萄球菌有一定的抑菌性；對(duì)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(duì)生物材料表面進(jìn)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(yīng)用范圍廣泛。 創(chuàng)新點(diǎn)：1）合成過(guò)程采用水體系，比現(xiàn)有專(zhuān)利中報(bào)道的有機(jī)溶劑體系更環(huán)保、安全，符合國(guó)家倡導(dǎo)的綠色化學(xué)的概念；2）使用純天然的殼聚糖來(lái)改善聚氨酯，比現(xiàn)有專(zhuān)利中常見(jiàn)的改性聚氨酯使用人工合成的肝素、抗生素等更安全，無(wú)毒副作用；3）合成的復(fù)合材料可以同時(shí)兼顧以上提及的各項(xiàng)性能。
詳細(xì)介紹：
我國(guó)是一個(gè)人口大國(guó)，因此也是生物醫(yī)用材料和器械的需求大國(guó)。生物醫(yī)用材料的研究和產(chǎn)業(yè)化對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的重大作用正日益受到各國(guó)政府、產(chǎn)業(yè)界和科學(xué)界的高度重視，我國(guó)也將生物醫(yī)用材料列為重點(diǎn)支持的八項(xiàng)高新技術(shù)領(lǐng)域之一。但是，我國(guó)生物材料及器械樣品單一，技術(shù)落后，科研與產(chǎn)業(yè)脫節(jié)，80％要依靠進(jìn)口?；A(chǔ)研究水平不高直接制約了新技術(shù)和新材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。因此，加強(qiáng)生物醫(yī)用材料的研發(fā)不僅是一個(gè)科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，還是一個(gè)重要的經(jīng)濟(jì)和政治問(wèn)題。 殼聚糖為純天然高分子，對(duì)人體無(wú)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(jié)晶性導(dǎo)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(dú)特的微觀相分離使其具有良好的力學(xué)性能，但單純的聚氨酯膜抗凝血能力差，無(wú)抑菌性，生物相容性不足，同樣不能單獨(dú)作為醫(yī)用高分子材料而直接使用，需要進(jìn)行改性。 本作品通過(guò)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(fù)合，制備出殼聚糖復(fù)合聚氨酯新型醫(yī)用高分子材料。該實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和；乳液利于儲(chǔ)存運(yùn)輸，便于加工，而且較通常的有機(jī)溶劑法合成更安全、環(huán)保；可以直接用乳液對(duì)生物材料表面進(jìn)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(yīng)用范圍廣泛；如可以通過(guò)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(lǐng)域。 對(duì)本作品中制備的復(fù)合材料做了全面的測(cè)試表征，結(jié)果表明此材料具有優(yōu)秀的力學(xué)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(jī)械性能；無(wú)細(xì)胞毒性，與純聚氨酯相比大幅增強(qiáng)了生物相容性；蛋白質(zhì)吸附少，有效減少了生物污染的可能；對(duì)外源性凝血途徑有很好的抗凝血性；血液相容性測(cè)試結(jié)果優(yōu)異；對(duì)金黃葡萄球菌有一定的抑菌性；對(duì)于阿霉素等具備藥物包覆緩釋能力。 與現(xiàn)有技術(shù)相比較：1）現(xiàn)行的多數(shù)醫(yī)用聚氨酯材料多采用有機(jī)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(xiàn)行醫(yī)用聚氨酯材料通常使用化學(xué)或物理方法引入肝素、抗生素等人工合成的藥物來(lái)達(dá)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(lái)非常安全，而且同樣可以達(dá)到良好的機(jī)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(zhuān)利獲得授權(quán)：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(zhuān)利申請(qǐng)：殼聚糖-聚氨酯離子復(fù)合物彈性體的制備方法（申請(qǐng)?zhí)枺?00910028353.1） [3] 2009年3月委托教育部科技查新工作站進(jìn)行科技查新。 [4] 現(xiàn)已經(jīng)委托江蘇省復(fù)合材料協(xié)會(huì),組織鼓樓醫(yī)院、此領(lǐng)域相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和院校的專(zhuān)家對(duì)本作品進(jìn)行鑒定。

作品圖片

  • 綠色“心”材——一種水相制備新型抗凝抑菌生物親合材料
  • 綠色“心”材——一種水相制備新型抗凝抑菌生物親合材料

作品專(zhuān)業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

我國(guó)醫(yī)用材料及器械產(chǎn)品種類(lèi)少，技術(shù)落后， 80％要依靠進(jìn)口。對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)人口大國(guó)，加強(qiáng)這一類(lèi)材料的研發(fā)不僅是一個(gè)科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，也是一個(gè)關(guān)系社會(huì)民生的重要問(wèn)題。國(guó)家也將生物醫(yī)用材料列為重點(diǎn)支持的八項(xiàng)高新技術(shù)領(lǐng)域之一。針對(duì)于此，本作品通過(guò)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(fù)合，制備出新型醫(yī)用高分子材料，有機(jī)的結(jié)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(xué)性能。 創(chuàng)新點(diǎn)：1）合成過(guò)程采用水體系，比現(xiàn)有的專(zhuān)利中報(bào)道的有機(jī)溶劑體系更環(huán)保、安全，符合國(guó)家倡導(dǎo)的綠色化學(xué)的概念。2）使用純天然的殼聚糖來(lái)改善聚氨酯的生物相容性、抑菌抗凝性，比現(xiàn)有專(zhuān)利中常見(jiàn)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(wú)毒副作用。 對(duì)本作品的殼聚糖復(fù)合聚氨酯材料做了全面的測(cè)試表征，結(jié)果表明此復(fù)合材料具有優(yōu)秀的力學(xué)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(jī)械性能；無(wú)細(xì)胞毒性，與純聚氨酯相比大幅增強(qiáng)了生物相容性；蛋白質(zhì)吸附少，有效減少了生物污染的可能；該復(fù)合材料對(duì)外源性凝血途徑有很好的抗凝血性；血液相容性測(cè)試結(jié)果優(yōu)異；對(duì)金黃葡萄球菌有一定的抑菌性；對(duì)于阿霉素等具備藥物包覆緩釋能力。

科學(xué)性、先進(jìn)性

殼聚糖為純天然高分子，對(duì)人體無(wú)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(jié)晶性導(dǎo)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(dú)特的微觀相分離使其具有良好的力學(xué)性能，但單純的聚氨酯膜抗凝血能力差，無(wú)抑菌性，生物相容性不足，同樣不能單獨(dú)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(tuán)在水相中進(jìn)行化學(xué)復(fù)合，制備出殼聚糖復(fù)合聚氨酯材料，所得材料既具有聚氨酯優(yōu)異的力學(xué)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(xiàn)有技術(shù)相比較：1）現(xiàn)行的醫(yī)用聚氨酯材料多采用溶液法聚合，引入的有機(jī)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(xiàn)行醫(yī)用聚氨酯材料通常使用化學(xué)或物理方法引入肝素、抗生素等人工合成的藥物來(lái)達(dá)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(lái)非常安全，而且同樣可以達(dá)到良好的機(jī)械性能，并兼顧生物相容性、抑菌性、抗凝血性。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

[1] 2009年專(zhuān)利獲得授權(quán)：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(zhuān)利申請(qǐng)：殼聚糖-聚氨酯離子復(fù)合物彈性體的制備方法（申請(qǐng)?zhí)枺?00910028353.1） [3] 2009年3月委托教育部科技查新工作站進(jìn)行科技查新。 [4] 現(xiàn)已經(jīng)委托江蘇省復(fù)合材料協(xié)會(huì),組織鼓樓醫(yī)院、此領(lǐng)域相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和院校的專(zhuān)家對(duì)本作品進(jìn)行鑒定。

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段研究已完成

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

專(zhuān)利技術(shù)入股

作品可展示的形式

殼聚糖復(fù)合聚氨酯材料水乳液及薄膜的照片和實(shí)物 以本復(fù)合材料作為涂層的血管支架的照片和實(shí)物

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

本作品將殼聚糖和聚氨酯復(fù)合，得到殼聚糖復(fù)合聚氨酯材料。反應(yīng)采用水乳液體系，較通常的有機(jī)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(yīng)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(shí)，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(fù)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(chǎn)業(yè)即將發(fā)展成為本世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)的一個(gè)支柱產(chǎn)業(yè)，其市場(chǎng)銷(xiāo)售額以年平均12％～15％的速率穩(wěn)步增長(zhǎng)。根據(jù)經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織統(tǒng)計(jì)，到2010年全球生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)銷(xiāo)售額將達(dá)到4000億美元。我國(guó)擁有近13億人口，有6000萬(wàn)殘疾人，對(duì)醫(yī)用高分子材料的需求很大。但是，我國(guó)醫(yī)用高分子材料研究起步晚，80％要依靠進(jìn)口，僅2002年就進(jìn)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(chǎng)前景和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

同類(lèi)課題研究水平概述

天然高分子殼聚糖因其具有無(wú)毒、生物相容性等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注, 近四十多年來(lái), 國(guó)內(nèi)外學(xué)者競(jìng)相研究, 涉及領(lǐng)域較廣, 如生物醫(yī)藥、保健食品、環(huán)保、復(fù)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(duì)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(duì)其藥物包載和釋放性能做了研究, 發(fā)現(xiàn)這種水凝膠對(duì)包載和釋放很多種親水性藥物很有效。 從上世紀(jì)50年代聚氨酯首次應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)起，四十多年來(lái)，聚氨酯彈性體在醫(yī)學(xué)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(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)。如毒性試驗(yàn)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(guó)已有很多商業(yè)化聚氨酯材料。國(guó)內(nèi)也有不少研究機(jī)構(gòu)從事醫(yī)用聚氨酯的研究，如:中山大學(xué)、上海橡膠制品研究所、江蘇省化工研究所等，但推廣應(yīng)用不夠、影響不大，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距很大。因此， 加強(qiáng)醫(yī)用聚氨酯的研究和推廣應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。Mitsubishi 化學(xué)工業(yè)公司研制的醫(yī)用導(dǎo)管是由聚氨基酸-氨基甲酸乙酯的共聚物制備而成的。該導(dǎo)管可用作人造血液導(dǎo)管, 泌尿?qū)Ч芗捌渌t(yī)用導(dǎo)管, 具有抗凝血和生物相容性。羅鍵斌等 通過(guò)用叔氨基-ω-羥基聚己二醇（NPEG）對(duì)聚氨酯進(jìn)行封端并用鹵代烴進(jìn)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(xì)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(jīng)有了一定的研究進(jìn)展，近年來(lái)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(gè)新的研究熱點(diǎn)。改性的方法有很多，但大多數(shù)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(fù)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(duì)聚氨酯改性，制得的材料在力學(xué)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(gè)方面具有較好的性能，但是很少見(jiàn)到能有同時(shí)兼顧以上性能的材料報(bào)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(fù)合，制備得到的復(fù)合材料在保持聚氨酯良好的力學(xué)性能的同時(shí)，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。
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