一种医用多功能涂层隔离膜及其制备方法和应用

1.本发明涉及一种生物医用材料及其制备方法和应用，具体地说，涉及一种医用多功能涂层隔离膜及其制备方法和应用。


背景技术：

2.术后粘连是心血管、胸腔、腹腔、盆腔等部位手术治疗中最常见、最棘手的问题，它不仅会引起严重的并发症，同时也是二次手术后并发症出现概率明显上升的主要原因。通常，在手术伤口缝合之前，外科医生会将一层具有物理隔离作用的防粘连膜放在经过手术的组织或器官之间，从而防止组织与器官粘连的发生。
3.已有的预防粘连的方法主要有改良手术技巧和干预粘连的形成过程两大类，而干预粘连的形成过程又可分为药物干预和物理屏障干预两类。物理屏障是将易形成粘连的受伤部位分离开，是目前最有效的防止粘连的方法。目前市场上的各种防粘连材料均存在一定缺点，不能满足心脏手术后心包粘连的高标准及要求。目前国内外的主要产品根据可降解性可分为不可降解和可降解，根据形态可分为液体屏障和固体屏障。其中临床上较为常用的是膨体聚四氟乙烯(expanded polytetrafluorethylene，eptfe)，一种不可降解固体屏障，它确实降低了再次开胸的难度及损伤心脏的风险，但它的持续存在导致了炎性反应物的沉积及其周围广泛纤维化形成，心包内粘连仍然大量存在，使得对其周围组织的解剖分离变得困难。
4.理想的防止粘连的物理屏障应该是组织相容性好，能在创面上皮再生过程中持续存在，然后降解，理论上不仅能够防粘连，而且会在心脏和周围组织间慢慢形成一个利于再次手术的无解剖层。已经上市的此类产品有聚乳酸防粘连膜、壳聚糖膜、氧化再生纤维素、弹性纤维多聚五肽、纤维蛋白胶、ha-cmc膜(seprafilm)等。
5.但上述产品存在明显的技术瑕疵，如聚乳酸可降解医用膜组织黏附性差，必须通过缝合固定；氧化纤维素膜遇出血可明显降低其防止肠粘连的作用，使用前必须彻底止血，遇到局部出血时不能使用；seprafilm的可操作性差，它在腔镜等微创手术中的应用受到很大限制，而且其昂贵的价格也限制了其在临床应用中的广泛性。(j card surg.2022jan；37(1)：176-185)


技术实现要素：

6.本发明就是为了解决现有材料组织黏附性差、防粘连效果不理想及可操作性差的技术问题，提供一种组织黏附性好、防粘连效果理想、可操作性强的医用多功能涂层隔离膜及其制备方法和应用。
7.为此，本发明提供一种医用多功能涂层隔离膜，其包括凝胶膜、水溶性涂层和功能涂层；所述凝胶膜含有聚乙烯醇、透明质酸钠、羧甲基纤维素钠或助剂的一种或多种；所述水溶性涂层含有透明质酸钠、羧甲基纤维素钠、壳聚糖、黄原胶、琼脂糖、单宁酸的一种或多种；所述功能涂层含有抗生素；所述凝胶膜的厚度为300～500微米，所述水溶性涂层的厚度
为100～300微米。
8.在本发明中，凝胶膜主要成分为聚乙烯醇、透明质酸钠、羧甲基纤维素钠。聚乙烯醇是一种白色、稳定、无毒的水溶性高分子聚合物。它由醋酸乙烯经聚合反应、醇解而制成。聚乙烯醇的聚合度通常为200～20000，优选为500～3000；聚乙烯醇醇解度50～99％，优选65～99％。对于聚乙烯醇，它既可以通过本领域中的已知方法制备，也可以市购获得，例如日本可乐丽420，420h，224，224e，l-10，635；日本合成化学kh-20，kh-17，gh-20，gh-2等。透明质酸钠是人体内一种固有的成分，它是一种直链酸性粘多糖，在人体细胞间质、眼玻璃体、关节润滑液中发挥保水、润滑、促进细胞修复等重要胜利功能。特别优选的是，适合于本发明的透明质酸钠的重均分子量通常为1000000～2200000，优选为1500000～1900000。对于透明质酸钠，可以市购获得。羧甲基纤维素钠是纤维素经羧甲基化后得到的，其水溶液具有增稠、成膜、水分保持等作用。特别优选的是，适合于本发明的羧甲基纤维素钠的重均分子量通常为90000～250000，优选为90000～150000。对于羧甲基纤维素钠，可以市购获得。
9.在本发明中，若无特别说明，高分子化合物的分子量均为通过凝胶渗透色谱法测得。
10.在本发明中，水溶性涂层主要成分为透明质酸钠、羧甲基纤维素钠、壳聚糖、黄原胶、琼脂糖或单宁酸。
11.在本发明中，功能涂层主要成分为抗生素。
12.在本发明的一个优选实施方案中，隔离膜基于其总重量包含0～40重量％，优选20～30重量％的透明质酸钠；0～15重量％，优选5～10重量％的羧甲基纤维素钠；0.1～3重量％，优选0.1～2重量％的抗生素；和0.3～5重量％，优选0.5～2.5重量％的其他助剂，余量为聚乙烯醇，其中凝胶膜材料的所有组分的各百分含量之和为100重量％，
13.对于本发明而言，为了提高隔离膜的力学性能，尤其是在体液环境下能长期保持机械制成和物理屏障的性能，需要将聚乙烯醇通过静电纺丝的方式制备为凝胶膜；此外，为了提升隔离膜表面的理化和生理性能，包括表面润湿性、抑制成纤维细胞粘附能力、降低组织粘连性能和抗感染等，需要通过表面改性的方法，在凝胶膜表面构建水溶性涂层和功能涂层。
14.具体而言，本发明提供的制备方法包括：(1)将聚乙烯醇在90℃下充分溶解在超纯水中，溶解时间取决于原料具体强开可以为6～8h，充分溶解后静置12h至室温，得到聚乙烯醇溶液；(2)将透明质酸在室温下充分溶解在超纯水中，溶解时间取决于原料具体情况可以为4～6h，得到透明质酸溶液；(3)将羧甲基纤维素钠在室温下充分溶解在超纯水中，溶解时间取决于原料具体情况可以为6～8h，得到羧甲基纤维素钠溶液；(4)将抗生素在室温下充分溶解在超纯水中，溶解时间取决于原料具体情况可以为4～6h，得到抗生素溶液；(5)将步骤(1)步骤(2)和步骤(3)中得到的溶液，按照一定比例充分混合，得到凝胶膜纺丝溶液。使用静电纺丝装置和滚筒收集器，施加合适的电压、纺丝速度、接收距离和纺丝时间，相关参数取决于纺丝溶液的浓度和粘度。将所制备的静电纺丝纤维膜放入真空干燥箱干燥12h，得到凝胶膜；(6)将步骤(2)和步骤(3)得到的溶液，按照一定比例充分混合，得到水溶性涂层溶液，在步骤(5)得到的凝胶膜表面通过脱水成膜的方法，构建水溶性涂层，得到表面均匀包覆水溶性涂层的凝胶膜；(7)将步骤(4)得到的溶液，在步骤6)得到的包覆水溶性涂层的凝胶膜表面，通过脱水成膜的方法，构建抗生素涂层，得到表面均匀包覆抗生素药物的功能
涂层的多层隔离膜；(8)将步骤(7)得到的包覆功能涂层和水溶性涂层的多层隔离膜放入通风橱，使用蒸汽对其进行交联处理8h，最终得到医用多功能涂层隔离膜。
15.在本发明方法的步骤(1)中，由于聚乙烯醇具有水溶性，耐水性较差，需要对其进行交联。在聚乙烯醇溶液降至室温后，滴加柠檬酸溶液，柠檬酸的羧基和聚乙烯醇的羟基之间发生酯化反应，形成网状结构。交联后具有网状结构的聚乙烯醇具有较好的耐水性，便于其在体内湿态情况下的应用。
16.在本发明方法的步骤(5)中，将聚乙烯醇溶液、透明质酸钠溶液、羧甲基纤维素钠溶液按照一定比例混合均匀，置备静电纺丝溶液。通常而言，静电纺丝溶液的粘度对静电纺丝的参数设置有较大影响，由于聚乙烯醇溶液，故需要较大的电压和较低的纺丝速度，优选施加15～18kv电压，优选设定0.8～1.0ml/h纺丝速度。由于羧甲基纤维素钠溶液的粘度大于聚乙烯醇溶液和透明质酸钠溶液，随着羧甲基纤维素钠的添加量增大，静电纺丝过程中施加的电压也随之增加，优选施加18～20kv电压。
17.在本发明方法的步骤(8)中，使用戊二醛蒸汽对凝胶膜、水溶性涂层、功能涂层进行交联。戊二醛中的醛基可分别与聚乙烯醇中的羟基、透明质酸钠的羟基、羧甲基纤维素钠的羟基发生羟醛缩合反应，形成交联网络，提升耐水性，便于其在体内湿态情况下的应用。
18.本发明同时提供一种医用多功能涂层隔离膜在制备防粘连材料中的应用。
19.本发明相较于市场上现有的隔离膜产品具有以下有益效果：
20.(1)本发明选取天然高分子材料和人工合成高分子聚合物，通过聚合物分子链结构调控以及隔离膜的多层结构设计，整合双方优点，一方面通过水溶性膜的缓慢溶解起到类似于体液(如滑膜液)的“水化漂浮”作用，达到预防粘连的目的；另一方面通过凝胶层在体内环境下的长期稳定性，达到隔离膜植入体内较长时间后的机械支撑和物理屏障的功能。
21.(2)本发明选取带有活性基团的天然高分子材料或其衍生物，通过交联反应、表面接枝、化学偶联、本体共混等方法，在凝胶膜表面构建稳定、均匀的水溶性涂层。该水溶性涂层具有可控的理化性能，包括：表面电荷、交联密度、亲水性、降解周期等，针对不同部位的外科手术提供更合适的选择。
具体实施方式
22.下面结合实施例对本发明做进一步描述。
23.以下各实施例中，采用以下方法对所得隔离膜材料进行测试。
24.细胞毒性：皮下植入：实验组选取日本大白兔9只(雌雄不限，体重2.0～3.0kg)，将隔离膜膜置入背部皮下组织内，分别在2、4、12周处死(3只/次)，观察局部反应，取出材料及周围组织，10％甲醛固定24h，石蜡包埋切片，做he染色观察，进一步观察隔离膜组织周围的炎症反应，评价隔离膜的组织相容性。对照组选用日本大白兔9只(雌雄不限，体重2.0～3.0kg)，采用手术缝合线直接缝合背部伤口，分别在2、4、12周处死(3只/次)并观察局部反应。实验组和对照组日本大白兔全部成活，伤口愈合均达到甲级愈合，置入隔离膜部位组织均无化脓、水肿、充血、坏死，说明隔离膜材料均对兔无害且无毒性。在免疫应答反应中，复合膜周围组织炎症细胞逐渐减少，纤维包囊逐渐变薄。第2周、第4周处死的实验组日本大白兔炎症反应均比对照组轻，12周后实验组皮下部位炎症反应完全消失，周围形成非常薄的
纤维囊腔。说明该膜的组织相容性良好。
25.防粘连动物实验：16只日本大白兔随机分为2组(实验组及对照组)，分别接受正中开胸，切开心包，纱布块反复擦拭心包脏壁两层，造成心包粘连模型。实验组植入隔离膜，植入后隔离膜中的水溶性膜部分溶解形成粘稠表面，不需缝合固定即可使双层复合膜与组织粘附。对照组不植入材料。逐层关闭胸腔。术后1月处死动物，打开胸腔肉眼观察心包壁层与脏层粘连的程度和范围。按文献4级分类法确定粘连分级标准并评分。0级：无粘连；1级：轻度，粘连较薄，钝性分离不易出血；2级：中度，粘连较紧密，需要一些锐性分离，这个过程会中量出血；3级：重度，粘连紧密，需大量锐性分离，极易出血。
26.实施例1
27.步骤1：将15份聚乙烯醇1799溶解于85份去离子水中(按质量计，下同)，得到聚乙烯醇溶液a。将溶液a经过静电纺丝技术制作成膜后，置于-20℃环境中冷冻12h，再在室温下解冻2h，上述冷冻-解冻过程共进行三次，得到厚度为300μm的凝胶膜。
28.步骤2：将40份透明质酸钠、15份羧甲基纤维素钠(20g/l水溶液中粘度为800-1200cp，取代度0.7)、1份黄原胶、1份琼脂糖、1份单宁酸、4份七水合硫酸锌溶解于38份去离子水中，得到透明质酸钠、羧甲基纤维素钠、黄原胶、琼脂糖、单宁酸和硫酸锌的混合溶液b。将溶液b流延于步骤1所得的凝胶膜表面，并在室温下挥发溶剂，得到凝胶膜表面含有一层的水溶性涂层的双层隔离膜。
29.防粘连动物试验：两组兔心包粘连分级情况见表1：
30.表1
[0031] 0级1级2级3级合计对照组00178实验组71008
[0032]
实施例2
[0033]
步骤1：将15份聚乙烯醇1799溶解于85份去离子水中，得到聚乙烯醇溶液a。应用静电纺丝技术将溶液a制作成膜后，置于-20℃环境中冷冻12h，再在室温下解冻2h，上述冷冻-解冻过程共进行三次，得到厚度为300μm的凝胶膜。
[0034]
步骤2：将5份透明质酸钠和5份羧甲基纤维素钠(20g/l水溶液中粘度为800-1200cp，取代度0.7)、4份壳聚糖、2份黄原胶、1份琼脂糖、1份单宁酸溶解于82份去离子水中，得到透明质酸钠、羧甲基纤维素钠、壳聚糖、黄原胶、琼脂糖、单宁酸的混合溶液b。将溶液b涂层于步骤1所得的凝胶膜表面，并在室温下挥发溶剂，得到凝胶膜表面含有一层水溶性涂层的双层隔离膜。
[0035]
防粘连动物试验：两组兔心包粘连分级情况见表2：
[0036]
表2
[0037] 0级1级2级3级合计对照组00178实验组80008
[0038]
实施例3
[0039]
步骤1：、将15份聚乙烯醇1799溶解于85份去离子水中，得到聚乙烯醇溶液a。应用静电纺丝技术将溶液a制作成膜后，置于-20℃环境中冷冻12h，再在室温下解冻2h，上述冷
冻-解冻过程共进行三次，得到厚度为300μm的凝胶膜。
[0040]
步骤2：将40份透明质酸钠溶解于60份去离子水中，得到透明质酸钠溶液b。将溶液b静电纺丝于步骤1所得的凝胶膜一侧表面，并在室温下挥发溶剂；随后将溶液b静电纺丝于步骤1所得的凝胶膜的另一侧表面，并在室温下挥发溶剂，得到凝胶膜表面含有两层涂层的三层隔离膜。
[0041]
步骤3：将4份利福平(抗生素)在室温下充分溶解在96份超纯水中，溶解时间取决于原料具体情况可以为4-6h，得到利福平溶液；将步骤3得到的溶液，在步骤2得到的包覆水溶性涂层的凝胶膜表面，通过脱水成膜的方法，构建抗生素涂层，得到表面均匀包覆抗生素药物的功能涂层的多层隔离膜；将多层隔离膜放入通风橱，使用蒸汽对其进行交联处理8h，最终得到医用多功能涂层隔离膜。
[0042]
防粘连动物试验：两组兔心包粘连分级情况见表3：
[0043]
表3
[0044][0045][0046]
实施例4
[0047]
步骤1：、将15份聚乙烯醇1799、2份透明质酸钠和1份羧甲基纤维素钠(20g/l水溶液中粘度为800-1200cp，取代度0.7)溶解于82份去离子水中，得到混合溶液a。应用静电纺丝技术将溶液a制作成膜后，置于-20℃环境中冷冻12h，再在室温下解冻2h，上述冷冻-解冻过程共进行三次，得到厚度为300μm的凝胶膜。
[0048]
步骤2：将15份羧甲基纤维素钠(20g/l水溶液中粘度为800-1200cp，取代度0.7)、1份黄原胶、1份琼脂糖、1份单宁酸、4份氯化钙溶解于78份去离子水中，得到羧甲基纤维素钠、黄原胶、琼脂糖、单宁酸和氯化钙的混合溶液b。将溶液b静电纺丝于步骤1所得的凝胶膜一侧表面，并在室温下挥发溶剂；随后将溶液b静电纺丝于步骤1所得的凝胶膜的另一侧表面，并在室温下挥发溶剂，得到凝胶膜表面含有两层涂层的三层隔离膜。
[0049]
防粘连动物试验：两组兔心包粘连分级情况见表4：
[0050]
表4
[0051] 0级1级2级3级合计对照组00268实验组62008
[0052]
实施例5
[0053]
步骤1：、将15份聚乙烯醇1799、2份透明质酸钠和1份羧甲基纤维素钠(20g/l水溶液中粘度为800-1200cp，取代度0.7)溶解于82份去离子水中，得到混合溶液a。应用静电纺丝技术将溶液a制作成膜后，置于-20℃环境中冷冻12h，再在室温下解冻2h，上述冷冻-解冻过程共进行三次，得到厚度为300μm的凝胶膜。
[0054]
步骤2：将15份透明质酸钠、1份黄原胶、1份琼脂糖、1份单宁酸、4份氯化钙溶解于78份去离子水中，得到透明质酸钠、黄原胶、琼脂糖、单宁酸和氯化钙的混合溶液b。将溶液b
静电纺丝于步骤1所得的凝胶膜一侧表面，并在室温下挥发溶剂；随后将溶液b静电纺丝于步骤1所得的凝胶膜的另一侧表面，并在室温下挥发溶剂，得到凝胶膜表面含有两层涂层的三层隔离膜。
[0055]
防粘连动物试验：两组兔心包粘连分级情况见表5：
[0056]
表5
[0057] 0级1级2级3级合计对照组00268实验组71008
[0058]
实施例6
[0059]
步骤1：将15份聚乙烯醇1799、4份透明质酸钠和1份羧甲基纤维素钠(20g/l水溶液中粘度为800-1200cp，取代度0.7)溶解于80份去离子水中，得到混合溶液a。应用静电纺丝技术将溶液a制作成膜后，置于-20℃环境中冷冻12h，再在室温下解冻2h，上述冷冻-解冻过程共进行三次，得到厚度为300μm的凝胶膜。
[0060]
步骤2：将8份壳聚糖(分子量100000，脱乙酰度80％)、4份透明质酸钠、1份黄原胶、2份琼脂糖、1份单宁酸、4份氯化钙溶解于80份去离子水中，得到壳聚糖、透明质酸钠、黄原胶、琼脂糖、单宁酸和氯化钙的混合溶液b。将溶液b表面接枝于步骤1所得的凝胶膜一侧表面，并在室温下挥发溶剂；随后将溶液b表面接枝于步骤1所得的凝胶膜的另一侧表面，并在室温下挥发溶剂，得到凝胶膜表面含有两层水溶性涂层的三层隔离膜。
[0061]
防粘连动物试验：两组兔心包粘连分级情况见表6：
[0062]
表6
[0063] 0级1级2级3级合计对照组00178实验组80008
[0064]
惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。

技术特征：
1.一种医用多功能涂层隔离膜，其特征是，包括凝胶膜、水溶性涂层和功能涂层；所述凝胶膜含有聚乙烯醇、透明质酸钠、羧甲基纤维素钠或助剂的一种或多种；所述水溶性涂层含有透明质酸钠、羧甲基纤维素钠、壳聚糖、黄原胶、琼脂糖、单宁酸的一种或多种；所述功能涂层含有抗生素；所述凝胶膜的厚度为300～500微米，所述水溶性涂层的厚度为100～300微米。2.根据权利要求1所述的医用多功能涂层隔离膜，其特征在于，基于所述隔离膜的总重量，所述透明质酸钠的重量百分比为0～40％；所述羧甲基纤维素钠重量百分比为0～15％，所述抗生素的重量百分比为0.1～3％；所述助剂重量百分比为0.3～5％；余量为聚乙烯醇。3.根据权利要求2所述的医用多功能涂层隔离膜，其特征在于，基于所述隔离膜的总重量，所述透明质酸钠的重量百分比20～30％；所述羧甲基纤维素钠重量百分比为5～10％，所述抗生素的重量百分比为0.1～2％，所述助剂重量百分比为0.5～2.5％，余量为聚乙烯醇。4.根据权利要求1所述的医用多功能涂层隔离膜，其特征在于，所述助剂为硫酸锌、氯化钙或对羟基苯甲酸之一或其混合物。5.如权利要求1～4任一所述的医用多功能涂层隔离膜的制备方法，其特征是，包括如下步骤：(1)将聚乙烯醇充分溶解在超纯水中，得到聚乙烯醇溶液；(2)将透明质酸充分溶解在超纯水中，得到透明质酸溶液；(3)将羧甲基纤维素钠充分溶解在超纯水中，得到羧甲基纤维素钠溶液；(4)将抗生素充分溶解在超纯水中，得到抗生素溶液；(5)将所述步骤(1)步骤(2)和步骤(3)中得到的溶液，混合，得到凝胶膜纺丝溶液，将得到的纺丝溶液通过静电纺丝加工，得到凝胶膜；(6)将所述步骤(2)和步骤(3)得到的溶液，混合，得到水溶性涂层溶液，在步骤5)得到的凝胶膜表面通过脱水成膜的方法，构建水溶性涂层；(7)将所述步骤(4)得到的溶液，在所述步骤(6)得到的双层膜表面通过脱水成膜的方法，构建抗生素涂层；(8)将所述步骤(7)得到的包覆功能涂层和水溶性涂层的多层隔离膜进行通风处理，然后使用蒸汽对其进行交联处理，最终得到医用多功能涂层隔离膜。6.如权利要求1～4任一所述的医用多功能涂层隔离膜在制备防粘连材料中的应用。

技术总结
本发明涉及一种医用多功能涂层隔离膜及其制备方法和应用，其解决了现有材料组织黏附性差、防粘连效果不理想及可操作性差的技术问题，其包括凝胶膜、水溶性涂层和功能涂层；凝胶膜含有聚乙烯醇、透明质酸钠、羧甲基纤维素钠或助剂的一种或多种；水溶性涂层含有透明质酸钠、羧甲基纤维素钠、壳聚糖、黄原胶、琼脂糖、单宁酸的一种或多种；功能涂层含有抗生素；凝胶膜的厚度为300～500微米，水溶性涂层的厚度为100～300微米。本发明可用于生物医用防粘连材料的制备领域。料的制备领域。


技术研发人员：胡畅
受保护的技术使用者：北京华信医院（清华大学第一附属医院）
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/20