亲水硅胶导尿管的制备及性能表征

牛利卫 王超威 杨 洋 刘秋华 程 杰 刘志远 杨 哲 崔景强*

（1、河南省医用高分子材料技术与应用重点实验室，河南 长垣453400 2、河南驼人医疗器械集团有限公司，河南 长垣453400）

1 概述

导尿术及留置导尿管是临床常用的护理技术之一，在围术期及重症监护病房已基本不可缺少，目前，超过25%的住院患者因为各种不同的原因需要进行导尿[1-3]。临床上使用导尿管出现的不良事件主要表现为：导尿管拔出困难、尿道红肿、尿道感染等[4]，此外，导尿管在临床上使用及插拔管时，极易损伤尿道上皮组织，引起并发症[5]，尿路的感染问题已成为临床上最常见的感染之一[6-9]。随着人类社会生活质量的提升，人口老龄化问题的出现，导尿管在医院、养老院等地方的应用越来越多，因此对导尿管进行功能化修饰以降低尿路的感染几率势在必行[10]。

尿路的感染是由于细菌从外界进入尿道之后，在组织表面形成了生物膜，生物膜的存在为细菌的存活及增殖提供了适宜的环境，因此降低生物膜的形成几率对尿道的感染具有实质性的作用[11-13]。目前，亲水涂层导尿管在降低尿路感染上被普遍接受，国内外均有批准上市的亲水导尿管，其材质多为乳胶、PVC，其亲水润滑涂层的主要成份为医用级聚乙烯吡咯烷酮[14-16]。鉴于硅胶导尿管较乳胶导尿管具有更好的生物相容性，本文以硅胶导尿管为基体，采用热固化的涂层方式制备亲水硅胶导尿管，通过对涂层结构，形貌等的测试来表征该亲水硅胶导尿管的基本性能，该亲水导尿管的制备旨在填补国内亲水硅胶导尿管不足的空缺，打破国外企业垄断的现状，为亲水涂层国产医疗器械的发展提供一定的参考价值。

2 实验部分

2.1 主要原料

原料：聚乙烯吡咯烷酮（PVP-K90，MW 400000，医用级），上海维酮材料科技有限公司；硅烷偶联剂，广州中杰化工科技有限公司；聚氨酯，美国路博润化学有限公司；六亚甲基二异氰酸酯（HDI），聚乙二醇（PEG），其余溶剂均为分析纯直接使用。

2.2 亲水导尿管的制备

亲水硅胶导尿管的制备共分为三步，首先为硅胶导尿管的活化过程，硅胶导尿管虽然为生物相容性较好的一种材质，但其呈现较强的化学惰性，因此需对其进行表面活化处理；第二步为合成热固化硅胶导尿管涂层液并对导尿管进行涂层；最后将涂层后的硅胶导尿管置于烘箱中进行热固化处理得到亲水硅胶导尿管。

2.2.1 硅胶导尿管前处理：将硅胶导尿管置于工装设备上，在一定功率下于等离子设备中进行硅胶导尿管表面活化处理。

2.2.2 预聚体的制备：于100mL 圆底烧瓶中加入定量PEG、HDI，N2保护下，于80℃磁力搅拌下反应3h 得到预聚体。

2.2.3 涂层液的合成：本实验采用双层涂覆法，分别为Base层和Top 层，Base 层为Top 层的附着提供支撑，亲水组分存在于面层之中。将一定量预聚体、聚氨酯、硅烷偶联剂、溶剂加入到混合容器中得到Base 层；，将亲水组分PVP 加入到Base 层涂层液中搅拌混合均匀即得到Top 层涂层液，异丙醇四氢呋喃混合溶剂稀释。

2.2.4 亲水涂层导尿管的制备：将前处理后的导尿管样品置于工装设备上，首先涂层亲水涂层的底层，浸涂30s 后置于80-100℃烘箱中烘干1-3h 之后涂层面层亲水涂层，浸涂30s 后置于80-100℃烘箱中烘干4-8h 得到亲水导尿管样品。

2.3 性能测试

2.3.1 样品涂层结构表征

采用Nicolet iS-5 傅立叶变换红外光谱仪对样品结构进行分析，对比空白管体与亲水涂层管体的不同。

2.3.2 样品形貌表征

采用Nikon TS2-S-SM 荧光显微镜对样品的形貌进行表征，对比空白样品管及亲水涂层样品管的不同。

2.3.3 接触角测试

采用晟鼎精密仪器SDC-100S 接触角测量仪，通过液滴法进行涂层接触角的测试，评价未涂层导尿管与涂层后亲水导尿表面的亲水性能。

2.3.4 润滑性及牢固性

采用江苏百赛飞FW-01 全自动摩擦系数测定仪对涂层的表面摩擦性能进行测定，评价空白导尿管、亲水导尿管的表面涂层的润滑性能，通过对样品管进行30 次摩擦后摩擦系数的变化，初步判断涂层的牢固性。

2.3.5 体外模拟导尿管留置过程

亲水硅胶导尿管样品经过环氧乙烷灭菌后，置于37℃模拟尿液中模拟导尿管的人体留置过程，定期观察样品的状态，浸泡30d 后，测定其摩擦系数并对比空白管与浸泡前样品管。

2.3.6 细胞毒测试

参照国家标准[17]，对空白硅胶导尿管及亲水硅胶导尿管进行细胞毒性测试：在无菌条件下，样品按照0.1g/mL 用MEM培养基37℃水浴震荡浸提24h，作为实验用浸提液；将生长良好的L929 细胞用0.5%胰酶（含EDTA）消化后，用MEM 稀释到1×105个/mL，接种于96 孔板，每孔接种100uL，使细胞个数达到1×104个/孔，每个样品六个复孔，37℃，5% CO2 培养箱中培养24h；细胞经培养24h 后，去掉各孔中的培养液，按100uL/孔把各组浸提液原液分别加入96 孔板中，以含10%DMSO 的MEM培养基为阳性对照，MEM培养基为阴性组，置于37℃，5%CO2培养箱中培养24h，去掉培养基，向每孔中加入50uL MTT液（1mg/mL），混匀，培养2h 后，吸净培养基，每孔加入100uL 异丙醇，混匀后于酶标仪下570nm 处进行吸光值（OD）检测；细胞增值率RGR= 实验组的OD 平均值/ 阴性组的OD 平均值×100% 。根据细胞存活率判断是否存在潜在的细胞毒性；如果存活率下降小于空白的70%，则具有潜在的细胞毒性。

图1 导尿管样品红外光谱图

3 结果及分析

3.1 涂层样品结构表征

图2 导尿管样品显微镜图

图3 导尿管样品的接触角测试

图1 为空白管、单层涂覆样品管及双层涂覆样品管的红外光谱图。785.6、1004.9、1258.1、2962.2cm-1为硅胶导尿管基材的特征峰；空白导尿管经过单层涂覆后，表面上存在聚氨酯薄膜，1729.0cm-1为聚氨酯羰基的伸缩振动峰，1531.2cm-1为N-H 的伸缩振动峰；制备的亲水硅胶导尿管，其亲水组分存在于面层涂层液中，亲水组分为PVP，1665.2cm-1为PVP 的-CON- 的伸缩振动峰，1287.5cm-1为C-N 的伸缩振动峰，通过红外吸收光谱可知，空白导尿管经过涂层后，表面存在一层含有PVP 的聚氨酯薄膜，说明成功制备了亲水硅胶导尿管。

3.2 涂层样品形貌表征

图2 为导尿管样品的显微镜图，a 为空白硅胶导尿管，b 为涂层硅胶导尿管，c 为导尿管经水润湿后的表面状态。由图可知，空白导尿管经过涂层后，表面会出现涂层微裂纹，这是由于涂层膜中聚氨酯和PVP 的复合在样品制备完成后水分失去所导致的，当样品经过水的润湿后，管体裂纹融合修复，呈现较为均匀的一层薄膜。

图4 导尿管样品润滑性及涂层牢固性摩擦系数测试

3.3 接触角测试

图3 为空白样品管、单层涂覆样品管、及双层涂覆样品管进行接触角测试，a 为空白样品管，其接触角为106.082°，硅胶材质的疏水性较强，经过第一层涂覆后，硅胶导尿管的表面存在一层较薄的聚氨酯薄膜，较基材而言，疏水性变弱，如图b，其接触角为82.707°。经过两层涂覆后，导尿管的表面涂覆了一层含有PVP 的聚氨酯薄膜，导尿管具有良好的亲水性，如图c，其接触角为47.392°。

3.4 润滑性及牢固性测试

图4 为空白导尿管及双层涂覆导尿管的摩擦系数测试结果，由图4a 可知，空白导尿管的摩擦系数在2.0 之上，润滑性差，这与其本身的材质有直接的关系，而经过亲水涂层的涂覆后，其摩擦系数在0.04 左右，具有良好的润滑性；涂层的牢固性是保证亲水导尿管的安全性的前提，因此涂层的牢固性需要考察。本实验通过对亲水导尿管进行多次摩擦观察其摩擦系数的变化来初步说明其涂层的牢固性，有图4b 可知，涂层样品管经过320 次摩擦系数的测定，其摩擦系数均在0.04-0.05 之间，初步说明该亲水硅胶导尿管的涂层具有良好的牢固性。

3.5 体外模拟导尿管留置过程

导尿管置于病人体内后，一般会留置一段时间，因此考察亲水涂层硅胶导尿管的润滑性持续时间是有必要的。本次实验进行体外模拟导尿管的留置过程，将亲水硅胶导尿管置于模拟尿液中30d，通过摩擦系数的测试进行验证。图5 为亲水硅胶导尿管经过30d 浸泡前后的摩擦系数测试结果，由图可知，经过30d的模拟尿液浸泡之后，亲水涂层导尿管摩擦系数仍旧维持在0.05 附近，导尿管的润滑性能良好，说明亲水硅胶导尿管润滑性可以持续30d。

图5 体外模拟导尿管留置前后摩擦系数测试

3.6 细胞毒性测试

细胞毒性的测试是评价样品生物安全性的一项手段，对比涂层后的硅胶导尿管的生物安全性的可以有效评价涂层的安全性。由表1 可知，空白硅胶导尿管的细胞存活率为98.3%，当细胞存活率大于等于70%时，样品不具有潜在细胞毒性，因此硅胶导尿管的生物安全性很高，经过涂层后，导尿管的细胞存活率为96.5%，相较于空白硅胶导尿管细胞存活率变化不大，均不具有潜在细胞毒性，说明亲水涂层的生物安全性良好。

表1 硅胶导尿管样品细胞毒性测试结果

4 结论

本文通过等离子处理硅胶导尿管后进行热固化涂层的方式成功制备了亲水硅胶导尿管, 涂层成功涂覆于强疏水性的硅胶材质表面；由44.577°的接触角测试结果可知，制备的亲水硅胶导尿管具有良好的亲水性；通过30 次摩擦系数重复测试，低于0.05 的摩擦系数测试结果可知，该导尿管具有良好的润滑性，而且该导尿管经过320 次摩擦系数测试，其摩擦系数均在0.04-0.05 之间，初步可知该涂层具有良好的牢固性；制备的亲水硅胶导尿管经过30d 的模拟留置后，摩擦系数仍旧维持在0.05，润滑性依旧良好；96.5%的细胞存活率可知，该亲水导尿管不具有潜在细胞毒性，具有良好的生物安全性。通过该热固化涂层的方式制备亲水硅胶导尿管，工艺简单，容易实现批量生产，对亲水涂层导管类产品的发展起到一定促进作用。