基本信息
- 项目名称：
- 绿色“心”材——一种水相制备新型抗凝抑菌生物亲合材料
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品通过研究，在水相体系中用纯天然高分子材料壳聚糖与人工高分子材料聚氨酯复合，制备出新型医用高分子材料。对本作品中制备的复合材料做了全面的测试表征，结果表明此材料具有优秀的力学性能；水失重和水溶胀率小，在37℃水中浸泡48天后仍有较好的机械性能；无细胞毒性，与纯聚氨酯相比大幅增强了生物相容性；蛋白质吸附少，有效减少了生物污染的可能；对外源性凝血途径有很好的抗凝血性；血液相容性测试结果优异；对金黄葡萄球菌有一定的抑菌性；对于阿霉素等具备药物包覆缓释能力。该材料可以直接用乳液对生物材料表面进行修饰，涂布在人工代用器官或微创医疗器材等生物材料表面使用，也可以固化制成血液接触材料使用，应用范围广泛。 创新点：1）合成过程采用水体系，比现有专利中报道的有机溶剂体系更环保、安全，符合国家倡导的绿色化学的概念；2）使用纯天然的壳聚糖来改善聚氨酯，比现有专利中常见的改性聚氨酯使用人工合成的肝素、抗生素等更安全，无毒副作用；3）合成的复合材料可以同时兼顾以上提及的各项性能。
- 详细介绍：
- 我国是一个人口大国，因此也是生物医用材料和器械的需求大国。生物医用材料的研究和产业化对社会和经济的重大作用正日益受到各国政府、产业界和科学界的高度重视，我国也将生物医用材料列为重点支持的八项高新技术领域之一。但是，我国生物材料及器械样品单一，技术落后，科研与产业脱节，80％要依靠进口。基础研究水平不高直接制约了新技术和新材料的开发和应用。因此，加强生物医用材料的研发不仅是一个科学技术问题，还是一个重要的经济和政治问题。 壳聚糖为纯天然高分子，对人体无毒害、并具有抑菌性、抗凝血性、优秀的生物相容性，但是由于高结晶性导致其韧性不够，耐热性差，难于加工成型，所以纯壳聚糖难以直接用作于医用高分子材料。聚氨酯独特的微观相分离使其具有良好的力学性能，但单纯的聚氨酯膜抗凝血能力差，无抑菌性，生物相容性不足，同样不能单独作为医用高分子材料而直接使用，需要进行改性。 本作品通过研究，在水相体系中用纯天然高分子材料壳聚糖与人工合成的聚氨酯复合，制备出壳聚糖复合聚氨酯新型医用高分子材料。该实验方法简单，反应条件温和；乳液利于储存运输，便于加工，而且较通常的有机溶剂法合成更安全、环保；可以直接用乳液对生物材料表面进行修饰，涂布在人工代用器官或微创医疗器材等生物材料表面使用，也可以固化制成血液接触材料使用，应用范围广泛；如可以通过超声喷涂的方法涂布到裸金属支架上制成药物洗脱支架；也可以在室温或中低温使该乳液固化成体形材料，可以用于人工心脏瓣膜、人工血管等领域。 对本作品中制备的复合材料做了全面的测试表征，结果表明此材料具有优秀的力学性能；水失重和水溶胀率小，在37℃水中浸泡48天后仍有较好的机械性能；无细胞毒性，与纯聚氨酯相比大幅增强了生物相容性；蛋白质吸附少，有效减少了生物污染的可能；对外源性凝血途径有很好的抗凝血性；血液相容性测试结果优异；对金黄葡萄球菌有一定的抑菌性；对于阿霉素等具备药物包覆缓释能力。 与现有技术相比较：1）现行的多数医用聚氨酯材料多采用有机溶液法聚合，引入的溶剂并非环境友好，我们采用的水相体系更安全、环保。2）现行医用聚氨酯材料通常使用化学或物理方法引入肝素、抗生素等人工合成的药物来达到抗凝抑菌、增加生物相容性的效果，而本作品中使用的壳聚糖为纯天然高分子，使用起来非常安全，而且同样可以达到良好的机械性能，并兼顾生物相容性、抑菌性、抗凝血性、药物包裹释放效果显著。 附件： [1] 2009年专利获得授权：壳聚糖改性水性聚氨酯弹性体的制备方法（ZL 200610040330.9） [2] 2009年提出专利申请：壳聚糖-聚氨酯离子复合物弹性体的制备方法（申请号：200910028353.1） [3] 2009年3月委托教育部科技查新工作站进行科技查新。 [4] 现已经委托江苏省复合材料协会,组织鼓楼医院、此领域相关科研机构和院校的专家对本作品进行鉴定。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 我国医用材料及器械产品种类少，技术落后， 80％要依靠进口。对于我国这样一个人口大国，加强这一类材料的研发不仅是一个科学技术问题，也是一个关系社会民生的重要问题。国家也将生物医用材料列为重点支持的八项高新技术领域之一。针对于此，本作品通过研究，在水相体系中用纯天然高分子材料壳聚糖与聚氨酯复合，制备出新型医用高分子材料，有机的结合了壳聚糖的良好生物相容性、抑菌抗凝性与聚氨酯优异的力学性能。 创新点：1）合成过程采用水体系，比现有的专利中报道的有机溶剂体系更环保、安全，符合国家倡导的绿色化学的概念。2）使用纯天然的壳聚糖来改善聚氨酯的生物相容性、抑菌抗凝性，比现有专利中常见的改性聚氨酯使用人工合成的肝素、抗生素等更加安全，并无毒副作用。 对本作品的壳聚糖复合聚氨酯材料做了全面的测试表征，结果表明此复合材料具有优秀的力学性能；水失重和水溶胀率小，在37℃水中浸泡48天后仍有较好的机械性能；无细胞毒性，与纯聚氨酯相比大幅增强了生物相容性；蛋白质吸附少，有效减少了生物污染的可能；该复合材料对外源性凝血途径有很好的抗凝血性；血液相容性测试结果优异；对金黄葡萄球菌有一定的抑菌性；对于阿霉素等具备药物包覆缓释能力。
科学性、先进性
- 壳聚糖为纯天然高分子，对人体无毒害、并具有抑菌性、抗凝血性、优秀的生物相容性，但是由于高结晶性导致其韧性不够，耐热性差，难于加工成型，所以纯壳聚糖难以直接用作于医用高分子材料。聚氨酯独特的微观相分离使其具有良好的力学性能，但单纯的聚氨酯膜抗凝血能力差，无抑菌性，生物相容性不足，同样不能单独作为医用高分子材料而直接使用。 本作品选用壳聚糖和聚氨酯，利用其活性基团在水相中进行化学复合，制备出壳聚糖复合聚氨酯材料，所得材料既具有聚氨酯优异的力学性能，又具有壳聚糖良好的抑菌性、抗凝血性和生物相容性。 与现有技术相比较：1）现行的医用聚氨酯材料多采用溶液法聚合，引入的有机溶剂并非环境友好，我们采用的水相体系更安全、环保。2）现行医用聚氨酯材料通常使用化学或物理方法引入肝素、抗生素等人工合成的药物来达到抗凝抑菌、增加生物相容性的效果，而本作品中使用的壳聚糖为纯天然高分子，使用起来非常安全，而且同样可以达到良好的机械性能，并兼顾生物相容性、抑菌性、抗凝血性。
获奖情况及鉴定结果
- [1] 2009年专利获得授权：壳聚糖改性水性聚氨酯弹性体的制备方法（ZL 200610040330.9） [2] 2009年提出专利申请：壳聚糖-聚氨酯离子复合物弹性体的制备方法（申请号：200910028353.1） [3] 2009年3月委托教育部科技查新工作站进行科技查新。 [4] 现已经委托江苏省复合材料协会,组织鼓楼医院、此领域相关科研机构和院校的专家对本作品进行鉴定。
作品所处阶段
- 实验室阶段研究已完成
技术转让方式
- 专利技术入股
作品可展示的形式
- 壳聚糖复合聚氨酯材料水乳液及薄膜的照片和实物 以本复合材料作为涂层的血管支架的照片和实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品将壳聚糖和聚氨酯复合，得到壳聚糖复合聚氨酯材料。反应采用水乳液体系，较通常的有机溶剂法合成更安全、环保；可以直接将乳液涂布在人工代用器官或微创医疗器材等生物材料表面使用，也可以固化制成血液接触材料使用，应用范围广泛；制得的材料在保留了聚氨酯优异的物理性能的同时，大幅提高了材料的抗凝血性、生物相容性、抑菌性、并具备一定的药物包覆、缓释性能；该水相体系制备的壳聚糖复合聚氨酯材料可望用于人造血管支架涂层、人造心脏瓣膜、人造血管等医用高分子材料的制备。 生物医用材料和制品产业即将发展成为本世纪世界经济的一个支柱产业，其市场销售额以年平均12％～15％的速率稳步增长。根据经济合作与发展组织统计，到2010年全球生物医用材料产业的市场销售额将达到4000亿美元。我国拥有近13亿人口，有6000万残疾人，对医用高分子材料的需求很大。但是，我国医用高分子材料研究起步晚，80％要依靠进口，仅2002年就进口医用高分子材料约100亿元人民币。因此，我们所研究的材料具有巨大的市场前景和可观的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 天然高分子壳聚糖因其具有无毒、生物相容性等优点而受到广泛关注, 近四十多年来, 国内外学者竞相研究, 涉及领域较广, 如生物医药、保健食品、环保、复合材料等。吴小勇等研究了不同脱乙酰度和分子量的壳聚糖对金黄色葡萄球菌、枯草杆菌、大肠杆菌和假单胞菌的抑菌性能。Tse-Ying Liu 等合成了亲水羟甲基乙酰壳聚糖的水凝胶并对其药物包载和释放性能做了研究, 发现这种水凝胶对包载和释放很多种亲水性药物很有效。 从上世纪50年代聚氨酯首次应用于生物医学起，四十多年来，聚氨酯弹性体在医学上的用途日益广泛。聚氨酯弹性体因其优异的性能而广泛应用于生物医学。如毒性试验符合医用要求，具有优良的韧性和弹性，加工性能好，能采用通常的方法灭菌，暴露在γ射线下性能不变。欧美等国已有很多商业化聚氨酯材料。国内也有不少研究机构从事医用聚氨酯的研究，如:中山大学、上海橡胶制品研究所、江苏省化工研究所等，但推广应用不够、影响不大，与发达国家相比差距很大。因此， 加强医用聚氨酯的研究和推广应用，具有广阔的应用前景。Mitsubishi 化学工业公司研制的医用导管是由聚氨基酸-氨基甲酸乙酯的共聚物制备而成的。该导管可用作人造血液导管, 泌尿导管及其他医用导管, 具有抗凝血和生物相容性。罗键斌等 通过用叔氨基-ω-羟基聚己二醇（NPEG）对聚氨酯进行封端并用卤代烃进行季铵化。利用PEG的抗黏附性能和季铵盐的物理杀菌性能, 得到表面具有抗细菌黏附和永久杀菌的双重功能的新型聚氨酯。 壳聚糖和聚氨酯作为医用材料已经有了一定的研究进展，近年来利用壳聚糖改性聚氨酯制备具有优良抗凝血性、抑菌性和生物相容性的医用高分子材料是一个新的研究热点。改性的方法有很多，但大多数采用物理共混和表面接枝的方法。周箭、杨辉等以TiO2为核载体，将AgNO3和壳聚糖吸附于其表面组装而成复合抗菌剂，可以有效抑制大肠杆菌等7种菌种的繁殖。 以上研究中将壳聚糖对聚氨酯改性，制得的材料在力学性能、抗凝血性、抑菌性，生物相容性、药物包释效果方面只能在某一或某几个方面具有较好的性能，但是很少见到能有同时兼顾以上性能的材料报道。我们研究的体系采用水乳液体系，将天然高分子壳聚糖和人工合成聚氨酯材料复合，制备得到的复合材料在保持聚氨酯良好的力学性能的同时，具有比较好的抗凝血性、抑菌性、生物相容性和显著的药物包释效果。
