高吸水保水伤口敷料的研究进展_李永旭.pdf

专论综述弹性体，（）：基金项 目：山 东 省 自 然 科 学 基 金 青 年 基 金 项 目（）；山 东 省 科 技 型 中 小 企 业 创 新 能 力 提 升 基 金（）作者简介：李永旭（），男，山东日照人，硕士研究生，主要从事医用高分子吸水材料制备及性能方面的研究工作。通讯联系人：曹兰（），女，山东单县人，教授，主要从事高分子材料合成及应用方面的研究工作。收稿日期：高吸水保水伤口敷料的研究进展李永旭，郭芳，吴明丽，王庆富，曹兰（青岛科技大学 高分子科学与工程学院，山东 青岛 ；日照市中医医院，山东 日照 ）摘要：科技的发展使得当代医学对医用材料的要求不断提高。传统的纱布式敷料虽易于制造和使用，可防止伤口表面大量的出血，但传统敷料的止血、愈合效果并不理想，没有抑制感染、保持湿润环境和促进愈合的作用。伤口敷料应具备保护伤口免受感染和炎症，减少伤口表面坏死，独特且基本的吸水保水性能可为伤口愈合提供理想的水化环境，缩短愈合时间，减少换药次数，降低医务人员的劳动强度，降低综合治疗成本，换药操作简便易行等优势。本文基于国内外最新研究成果综述了高吸水保水材料、性能以及水凝胶、海绵、纳米纤维和膜四种不同结构形式的高吸水保水伤口敷料，以增加对伤口敷料吸水保水性能的认知，为日后亟待深入研制基于吸水保水性能功能多样性伤口敷料奠定基础。关键词：医用材料；吸水保水性能；伤口愈合；水化环境；伤口敷料中图分类号：文献标识码：文章编号：（）伤口愈合是一个复杂的过程，包括伤口出血、炎症反应、细胞增殖和组织重塑四个连续的生理阶段。在传统观念中，普遍认为伤口应该处于干燥暴露的环境中进行愈合治疗，直到 年，提出了“湿润伤口愈合理论”，详细阐述了湿润环境比干燥环境更有利于伤口愈合，此后的伤口护理，尤其是对慢性伤口的处理和防护，都依据“伤口湿润环境愈合”。在此“黄金准则”下，伤口敷料应运而生，这是一类用以覆盖疮、伤口或其他损伤部位，有效控制出血、细菌感染、促进细胞再生、保护内部器官创伤治疗的迫切需要的医用材料。吸保液性能良好的创伤敷料能保护伤口免于浸在液体中，使伤口敷料表面维持湿润而不潮湿的环境，抑制细菌的入侵，促进伤口的愈合。伤口敷料的吸水、保水性能可促进伤口愈合的机理归纳总结如下：第一，伤口敷料具有良好的吸水能力，能够快速吸收创面渗出物和血液中的水分，减少细菌感染，提高凝血因子的浓度，更加高效的促进凝血；第二，伤口敷料应该为伤口提供潮湿的环境，保湿能力可以防止伤口敷料的脱落，保护伤口免受暴露，促进伤口愈合和皮肤修复 ；第三，伤口敷料的吸水保水性能能使得形成 较 高 的 渗 透 压 差，有 利 于 立 即 控 制 出血 ，第四，伤口敷料的吸水保水性能允许在材料内部充注液体药物和生物活性化合物，缓解伤口的疼痛，促进伤口的愈合。迄今为止，国内外学者针对现有淀粉系、纤维素系、聚丙烯酸系和聚乙烯醇系等四种高吸水保水原材料，已开发出了四种不同形式的高吸水、保水 伤 口 敷 料：水 凝 胶 、海绵 、纳米纤维 和膜 。本文就当前国内外高吸水、保水材料类型，伤口敷料结构形式以及吸水、保水性能展开了论述，以期为后续理想的吸水、保水伤口敷料的开发和应用提供参考。高吸水保水材料类型自 年美国农业部北方研究所的 等 和 研究淀粉接枝丙烯腈制备高吸水保水材料第一篇报道以来，国内外纷纷开展高吸水保水材料的研究，现已有很多产品问世。DOI:10.16665/ki.issn1005-3174.2022.06.006高吸水保水材料无论在基础研究还是应用研究，无论从产品品种还是应用领域，都获得巨大的发展。一般按原料来源分为淀粉系、纤维素系、聚丙烯酸盐系和聚乙烯醇系，详见表。表高吸水保水材料及其吸液能力）类别高吸水性聚合物的名称原料聚合方式引发剂交联剂其他助剂吸液倍率（）天然及改性高分子性树脂淀粉系 、辐射接枝聚合 （水）、溶液聚合 （水）（的盐溶液）、接枝共聚 （水）（的盐溶液）（）、溶液接枝共聚 （水）（的盐溶液）纤维素系 、自由基聚合法 （水）（的盐溶液）、原位合成法 （水）（的盐溶液）（）、自由基接枝共聚法 （水）（的盐溶液）（）、自由基接枝共聚法 （水）（的盐溶液）（）、自由基接枝共聚法 （水）（的盐溶液）人工合成高吸水性树脂丙烯酸盐系 溶液聚合 （水）（）、溶液聚合 （水）（的盐溶液）、溶液聚合 （水）（的盐溶液）（）、原位自由基溶液聚合法 （水）（的盐溶液）、溶液聚合 （水）（的盐溶液）、自由基接枝共聚 、（）（）（水）（的盐溶液）、接枝共聚和半互穿技术 、（）（）（水）（的盐溶液）、自由基聚合法 ）、（）（）（水）（的盐溶液）：木薯淀粉；：丙烯酸；：聚乙烯醇；：过硫酸铵；：天然胶乳；：、亚甲基双丙烯酰胺；：可 溶性 淀粉；：丙烯酰胺基十四烷磺酸钠；：斜法沸石；：岩半焦；：羧甲基纤维素；：过硫酸钾；：硝酸银；：亚麻纤维素；：丙烯酰胺；：羟甲基纤维素钠；：丙烯酰胺甲基丙磺酸；：红土；：羟丙基甲基纤维素；：聚天冬氨酸；：凹凸棒石；：氧化石墨烯；：羟乙基纤维素；：粉煤灰；：氢氧化钙（）纳米颗粒；：，四甲基乙二胺；：麦草纤维素；（）（）：硝酸铈铵；：半纤维素；：鸡毛蛋白。淀粉系淀粉作为一种亲水性天然高分子，含有大量的羟基，在马铃薯、玉米、水稻、木薯、小麦等主要作物中含量丰富。由于其具有原料易得，成本低廉等优势，引起国内外学者的广泛研究和关注。等 通过引入丙烯酰胺十四烷磺酸钠对可溶性淀粉与丙烯酰胺接枝共聚，合成了一种新型的可溶性淀粉聚（丙烯酰胺 丙烯酰胺十四 烷磺 酸 钠）高吸水性树脂。结 果 表 明，水解从增加至 的凝胶树脂的吸水率从 增加到 ，相比较在无丙烯酰胺十四烷磺酸钠的情况下，可溶性淀粉聚丙烯酰胺的吸液率在蒸馏水中为 ；在质量分数为 的 溶液中可达 ，引入丙烯酰胺十四烷磺酸钠的树脂的最大吸水率在蒸馏水增大两倍之多为 、在质量第期李永旭，等 高吸水保水伤口敷料的研究进展分数为的 溶液中 。等 以木薯淀粉为原料，辐射接枝聚丙烯酸，成功制备了三维交联的高吸水聚合物。制备过程简易，无需任何引发剂，可在常温下进行交联，降解和接枝且在蒸馏水中吸附能力为 。等 以木薯淀粉基羟丙基二淀粉磷酸酯与丙烯酸为基材，负载高吸水性的斜发沸石并以过硫酸铵、，亚甲基双丙烯酰胺为引发剂、交联剂，水溶接枝共聚合成了在蒸馏水和质量分数为的 溶液最佳吸水率为 和 的新型生物相容性复合材料。纤维素系纤维素是一种由，糖苷键连接的碳链组成，聚合度一般为 的长主链，因含有较多的亲水活性基团（羟基、醚键等），被广泛应用于合成高吸水聚合物。但由于分子内和分子间氢键的存在，存在较少暴露的羟基，表现出较差的溶解性和反应活性，因此研究者纷纷进行纤维素接枝改性以提高纤维素的吸液性能，扩大其可运用的领域范围。等 以羟丙基甲基纤维素为基材、过硫酸铵、，亚甲基双丙烯酰胺为引发剂、交联剂，在水溶液中诱导接枝丙烯酸、聚天冬氨酸，内部填充可以减弱强氢键相互作用坡齿石，制备了去离子水中为 和质量分数为的 溶 液 为 的 复 合 材 料。等 以亚麻纱线废料为原料，成功制备了一种新型、低成本、环保的纤维素基高吸水性材料。所运用的方法是在交联剂，亚甲基双丙烯酰胺、引发剂过硫酸铵的存在下，纤维素主链在均相水溶液中自由基接枝共聚丙烯酸和丙烯酰胺。结果表明，制备的产物在蒸馏水中的吸水率为 ，在质量分数为的 溶液中的吸水率为。等 以，亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸钾为引发剂，将丙烯酸接枝到羧甲基纤维素上，与葡萄糖和硝酸银反应制备银纳米颗粒混合，合成了高吸水性抗菌聚合物。所得样品不含银纳米颗粒时，其在蒸馏水中的吸水率可达 ，在质量分数为的 溶液中的吸水率可达；银颗粒嵌入合成液中时，吸水率显著增加，仅负载 银的羧甲基纤维素聚丙烯酸在蒸馏水和质量分数为的 溶液时的吸水率分别达到 和，可用于制备研发新型抗菌医疗和公共卫生用品。聚丙烯酸盐系高相对分子质量的聚丙烯酸盐系含有高度亲水的 基团，能很好地溶解在于水中，同时它本身带有电荷，可促使不同表面电荷的粒子凝聚，形成大块絮凝团。传统合成一直致力于改变高吸水性树脂的聚电解质性质和调节聚合网络的交联密度两种方法，微或纳米尺寸的填料掺入，提供额外的交联点，形成更完整的，容纳更多液体的新型聚合物结构的复合材料亦是一种经济有效的方法。等 采用原位自由基溶液聚合法制备了新型聚丙烯酸丙烯酰胺氧化石墨烯高吸水性纳米复合水凝胶。氧化石墨烯填料表面含有丰富的亲水基团，并且容易通过化学键或氢键与亲水性基团形成良好的界面相互作用，仅含有质量分数为 氧化石墨烯片材的水凝胶无论在酸性、碱性均表现出远高于纯水凝胶、优异的溶胀吸水能力。等 以过硫酸铵为引发剂，亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，在氧化石墨烯存在下，丙烯酸和丙烯酰胺甲基丙烷磺酸通过溶液聚合方法合成了新型高吸水性丙烯酸 丙烯酰胺甲基丙烷磺酸氧化石墨烯复合材料。随着氧化石墨烯的质量分数从增加到，复合材料在去离子水和质量分数为的 溶液的吸液能力分别从 和 增加到 和 。等 以纳米颗粒为交联剂，丙烯酸与丙烯酰胺基甲基丙烷磺酸共聚制得具有绒毛状结构高吸水性共聚物。与凝胶的多孔或网状结构相比，绒毛状结构可以显著增加凝胶的表面积，促进活性位点对水分子有效且充分接触，从而显现凝胶的超高吸水能力。当然，超高吸水能力亦不能忽视丙烯酰胺甲基丙烷磺酸中的 和聚丙烯酸中的 的协同效应。此绒毛状共聚物在去离子水中的吸水率可高达 ，在质量分数为的 溶液中为 ，其值远远高于之前报道的任何吸水材料。聚乙烯醇系聚乙烯醇与淀粉、纤维素等多糖一样，是含有大量羟基、人工合成的高分子水溶性聚合物，具有无毒、非致癌、生物相容性，高亲水性。普通的聚乙烯醇交联度不高、持水能力低、易溶于水形成黏胶体，线型聚合物构建半互穿网络结构使之成为弹性体第 卷吸水溶胀又不溶于水的高吸水材料常用的解决方法之一。等 以麦草纤维素聚丙烯酸钾和直线型聚乙烯醇为原料，在氧化还原引发体系下聚合制备了一种新型高吸水半互穿网络树脂，在蒸馏水中的最佳吸水率为 ，在质量分数为 的 溶液中的最佳吸水率为 。等 以鸡羽毛蛋白、丙烯酸和线性聚乙烯醇为原材料，通过接枝共聚和 合成在蒸馏水和质量分数为的 溶液最佳吸水率分别为 和 的羽毛蛋白聚丙烯酸钾聚乙烯醇半互穿网络结构树脂。等 以过硫酸钾为引发剂、，亚甲基双丙烯酰胺为交联剂、线性磷酸化聚乙烯醇为基液，将半纤维素聚丙烯酸网络进行自由基聚合、交联，制备了半纤维素聚丙烯酸和磷酸化聚乙烯醇组成的半互穿网络水凝胶。线性磷酸化聚乙烯醇可均匀分散在聚合物网络，内部网络结构也因其量的增加而变得多孔，表现出优异的吸水溶胀性能。高吸水保水伤口敷料结构形式高吸水保水伤口敷料基于不同种原材料之间相互结合，可组架构成不同的结构形式，具备独特的性能优势。医用伤口敷料在人体组织液中相比较普通的水域环境除了具备吸水保水的性能要求之外，还需要遵循以下严苛要求：（）对机体无毒性、无致癌性，不引起过敏反应或干扰机体的免疫机理；（）置于长期浸泡的体液，血液中要有足够的化学稳定性，不造成血液中蛋白质变质，不破坏血液中的有效成分；（）对皮肤、黏膜及各组织器官无刺激性，物理机械性能好，能够满足使用环境和生理功能的要求；（）适应生物体环境，不引起生物病变，并且可更好地发挥生物体的各种正常功能。高吸水保水水凝胶伤口敷料水凝胶是一种含有大量水的三维交联网络的聚合物。水凝胶的吸水保水性能与聚合物网络结构中的孔隙和分子中亲水性基团的数量密切相关。高吸水保水水凝胶伤口敷料具有以下优点：（）水凝胶敷料的含水量高达 左右，可保持创面处在湿润环境，便于肉芽的生长，具有良好的保湿性能；（）由于其韧性和强度比较好，能够紧密贴敷在不规则的伤口表面，减少细菌的入侵；（）能够大量吸收渗出液，缩短了更换敷料的次数，减少了换药时的疼痛；（）水凝胶由于含有大量水分，具有对伤口冷却的作用和减轻炎症的发生。水凝胶因其优越的吸水性能，在水中膨胀数千倍于自身重量。同时，聚合物自身的性质使其能够在水溶液中形成三维网络结构，具有优异的锁水性能。其不仅能为伤口愈合提供一个湿润的环境，加速上皮的形成，而且还能起到凝血和止血