提高舒适性的水凝胶涂层

2017/08/09 09:06

来源:深科技

根据发表在《Advanced Healthcare Materials》杂志上的论文显示,研究团队的办法是将一层水凝胶(一种主要由水组成的柔软、光滑的聚合物材料)强力粘合到常见柔材料(如乳胶、橡胶和硅胶等)上。粘合后就得到了柔软、可拉伸、光滑,并且不会渗漏病毒和其他小分子的“水凝胶叠层”。

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另外,将化合物嵌入到水凝胶涂层中,还可以使其具备检测病理分子的功能。同时,药物也可以嵌入到水凝胶中并从水凝胶涂层中缓慢释放,从而更好地治疗体内的疾病。
麻省理工学院机械工程系副教授、该团队的领导者赵选贺博士称,将水凝胶涂层粘合到了各种柔性医疗器械上,如导尿管和静脉注射管等。涂层在经受弯曲和扭曲的考验后,依然没有开裂的问题,非常耐用。涂层还非常光滑,摩擦力远小于无涂层标准导尿管,因而可以减轻患者的不适感。

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图丨麻省理工学院机械工程系副教授赵选贺博士

该团队还将这种水凝胶涂层应用到了另一种广泛使用的柔性产品上:避孕套。研究人员说,除了通过减少摩擦来增强现有乳胶避孕套的舒适性外,水凝胶涂层中还可以嵌入抗乳胶过敏的药物以提高避孕套的安全性。
“我们已经证明水凝胶确实有可能取代普通的柔性材料,”赵选贺说,“现在我们掌握了将水凝胶与其他材料组合到一起的方法,这将有可能应用到与身体发生接触的各种医疗器械上。”
赵选贺的团队之前发明了一种新方法,将大量水和少量聚合物组成混合物,制成坚韧、可拉伸的水凝胶。在此基础上又发展了另一种技术,首先使用二苯基甲酮处理橡胶和硅胶等柔性材料的表面,再将水凝胶粘合到这些柔性材料上,二苯基甲酮这种分子溶液暴露于紫外线中时,会致使柔性和水凝胶之间形成很强的化学键。
研究人员应用这些技术制造出了水凝胶叠层:两层水凝胶中间夹一层柔性的三明治结构。然后,他们对这种叠层结构进行了一系列机械测试,发现即使在拉长数倍时这种结构也不会发生撕裂或开裂,而是能一直保持结实耐用。

该团队还将这种叠层结构放置在双室容器中,一侧填充去离子水,另一侧填充分子染料。几小时后,叠层仍能有效的阻止染料从一侧渗透到另一侧,相比之下,仅有一层水凝胶时,染料则能轻易地通过。他们从而得出结论,叠层中的柔性材料使得整个结构具备了防渗透性——他们推测这种结构也可以阻止病毒和其他小分子通过。
在另一项测试中,该团队将 pH 敏感分子混入涂覆在柔性材料一侧的水凝胶涂层中,将绿色食品染料混入另一侧的水凝胶涂层。这次,他们将整个叠层结构浸入两侧都填充了去离子水的双室容器中。
当改变容器中水的酸度时,研究人员观察到含有 pH 指示剂的水凝胶涂层变亮了。同时,绿色染料从水凝胶涂层缓慢渗透到了另一侧水中。参与的研究人员 German Parada 说:“我们可以将 pH 敏感分子混入水凝胶,也可以将需要逐渐释放的药物混入水凝胶中。 总之,可以调整凝胶的特质以满足不同的应用需求。”
应用前景广阔
研究人员首先将水凝胶叠层应用到了柔性器械上,他们利用先前开发的技术将水凝胶涂覆到各种柔性器械上,如硅胶管、Foley 导尿管和避孕套。
Parada 说:“我们首先关注的是导尿管,因为它们质地粗糙坚硬,容易引起不适感,而且导尿管感染会致使约 50% 的患者再次入院。其次,我们认为可以将其应用于避孕套,因为现有的乳胶避孕套会引起大量有关敏感性和过敏反应的问题,如果可以将药物混入水凝胶避孕套中,就可以使人体得到更好的保护。”
研究人员发现,即使将水凝胶涂层导管剧烈弯曲、折叠并打成结,水凝胶涂层仍能牢固地粘合在导管上而不会开裂。当对涂层导尿管和避孕套充气膨胀时,结果也是如此。

Parada 说,可以调整水凝胶叠层的尺寸以适应不同的器械。例如,科学家可以选择较厚的柔性材料来增强叠层的强度,或者选择较厚的水凝胶涂层以便掺入更多的药物分子或传感器。还可以根据所需的摩擦力的大小,改变水凝胶的设计从而改变叠层的光滑度。
“我们能够大规模制造可以涂覆医疗器械的水凝胶,而且这种水凝胶还不会对人体造成刺激,”赵选贺说。“基于这个技术平台的应用有多广泛可想而知。”

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