聚氨酯抗菌生物材料的研究进展.doc

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VoI．38No．1l 化工新型材料 第38卷第11期

’·24· NEWCHEMICALMATERIALS 20lo年11月

聚氨酯抗茵生物材料的研究进展温志国1董声雄1’2李春艳3（1．福州大学化学化工学院，福州350108；2．宁德师范学院化学与环境科学系，宁德352100；

3．福建医科大学药学院，福州350108）

摘要生物材料的植入为细茵粘附提供位点，常引发感染等并发症。

聚氨酯材料被称为是理想的生物材料，对它的抗茵改性是近年来的研究热点之一。

按照改性方法的不同，综述了10年来聚氨酯生物材料在抗菌改性上的研究进展，并对抗茵抗感染聚氨酯材料的未来发展做出展望。

关键词生物材料，抗茵，抗感染，聚氨酯

ResearchprogressofantibateriaIpolyurethanebiomaterials

WenZhigu01 DongShengxion91'2 LiChunyan3

（1．CollegeofChemistryandChemicalEngineering，FuzhouUniVersity，Fuzhou350108；

2．DepatmentofChemistryandEnvironmentalScience，NingdeTeachersCollege，Ningde352100；

3．DepartmentofPharmacy，FujianMedicalUniversity，Fuzhou350108）

AbstractTheimplantationofbiomaterialspmvidesthesiteforbacterialtoadhereandalwayscausesthecomplica—tionssuchasinfectiorLP01yurethanenlaterialsarecaUedidealbiomaterials．InrecentyearstheantibacterialmodificationofpoIyurethanernaterials、^msoneoftheresearchfocuses．Theprogressoftheantibacterialrnodificationsintherecentten

yearswasreviewedaccordingtothenlethodsofincorporatingtheantibioticsintother11aterials．Thefuturedevelopmentof

theantibacterialandami—infectivepolyurethanematerialswasalsosuggested．KeywOrds biomaterial，antibiosis，anti—infectivity，polyurethane

生物材料是与生物系统起作用的医疗物件的非生命材

1物理改性

料，也称作生物医学材料。

炎症反应是生物材料植入人体后

主要副作用之一。

生物材料的植入为游离细菌提供粘附的位 物理改性是通过物理方法将抗菌剂与聚氨酯材料结合，点，使感染更容易发生。

随着细菌的感染粘附，逐渐形成一层 主要通过吸附作用、共混或表面涂覆来实现这种结合。

抗菌水合多聚糖性质的生物膜。

在这种生物膜内，细菌的抗药性 剂主要通过扩散作用从聚氨酯材料中释放出来，达到抗菌的要远远大于游离细菌，传统的抗菌治疗作用不大，因此植入件 效果。

的使用常并发以生物材料为中心的感染（BCI）。

BCI及其它

（1）吸附作用

组织反应是临床植入手术的重大问题，经常是再次手术和医 Crisante等[1]研究了含有牛血清蛋白（BsA）和聚丙烯胺疗事故的主要原因，并给病人带来经济上的重大负担。

因此， （PALA）纳米颗粒的聚氨酯抗菌材料。

对比了吸附一共混与共研究本身具有抗细菌感染能力的生物医用材料已经成为生物 混一吸附两种处理方式对抑菌效果的影响，结果表明，将吸附了材料领域的一个热点问题。

头孢羟唑（CEF）的BSA和PAI。

A纳米颗粒分别与羧化聚氨聚氨酯是结构中含有重复的氨基甲酸酯基（一NHCo陆） 酯共混，药物的释放通过聚合物的阻碍作用得到控制，体系的

的聚合物的总称，可以通过设计软硬段的比例对其物理、化学 抗菌活性都延长到了8天；而将BsA和PALA纳米颗粒先与性质进行比较大的调整。

聚氨酯材料具有优异的物理、化学 聚氨酯共混后再吸附CEF，前者体系的抗菌活性延长到了9

性能，以及良好的生物相容性和抗凝血性能，被称为“理想的 天且抑菌罔要比吸附一共混处理的大，后者的抗菌活性只维

生物材料”，在许多医疗装置和人工器官中得到了广泛应用， 持了3天。

是一种很重要的生物医用材料。

国内外的许多研究者都对聚

Basak等[2]制备了一种可生物降解聚酯聚氨酯涂层材料，

氨酯的抗菌改性进行了不遗余力的研究。

通过浸入抗菌药物的四氢呋喃溶液中来吸附抗菌药物可以得本文综述了近10年来对聚氨酯生物材料抗菌改性的研

到抗菌涂层材料，可以用作医用植入件的涂层材料和药物长究进展。

根据抗菌剂的接入方式不同，对聚氨酯材料的抗菌

期释放的载体。

实验表明这种材料具有生物相容性和血液相改性可以分为物理改性法、化学改性法和复合改性法。

容性，药物的初始释放有可能阻止细菌的进一步生长和生物

基金项目：

福建省科技厅资助省属高校项目（2008F50502）作者简介：

温志国（1984一），男，博士研究生，研究方向：

功能高分子材料。

万方数据

第11期 温志国等：

聚氨酯抗菌生物材料的研究进展 ·25·

膜的形成。

聚氨酯基质的缓慢降解省去了植入后除去涂层材 （TNoPU）。

抗菌试验表明TN0的质量分数大于o．4％时，料的步骤。

WPU的抗菌效果明显增加，在质量分数为1．o％时，抗菌率达

（2）物理共混 到O．9以上。

Simons等[3]用溶剂浇铸法将抗炎药地寨米松与聚二甲 詹嫒媛等[9]比较了两种不同类型的抗菌型聚氨酯：

季铵

基硅氧烷聚氨酯共混，研究了聚二甲基硅氧烷聚氨酯作为药 盐型聚氨酯和三丹油型，并通过抑菌圈法定性分析了两者的物载体时的生物稳定性和生物学性能。

结果显示，地塞米松 抗菌效果。

结果表明。

随着i丹油和季铵盐用量的增加，两种含量为25mg／g时，材料的生物稳定性和生物相容性与载药前 抗蔼型聚氨酯的抗菌效果均湿著增加；季铵盐型聚氨酯的抗没有明显变化。

但是该材料具有一定的细胞毒性，有可能是 菌效果优于三丹油型聚氨酯，但存在着容易变黄、机械性能不地塞米松释放过量的原因。

材料的长期使用性能也有待 如三丹油犁聚氨酯等缺点。

测试。

罗建斌等[10]研究合成了硬段侧链含有双季铵盐的系列聚程莉萍【4j等以亲水性聚氨酯软泡沫为载体制备抗菌创伤 氨酯。

测试结果表明材料对革兰氏阳性细菌的抗菌效果良敷料。

对4种抗菌剂（超微Tioz粉末、磺胺嘧啶银、磺胺、硝 好，且随着双季铵盐含茸的增加，材料的抗菌性能增加，但对

酸银）进行了实验。

采用预聚体法、填充法、浸渍法等3种方 于革兰氏阴性细菌的抗菌效果较差。

法将抗菌剂加载于聚氨酯敷料中，测试了抗菌敷料的抗菌性 Grapskj等【11j以聚四氢呋喃二醇为软段，季铵化的N，N一

能并进行了比较。

结果表明，4种抗菌剂制备的敷料均有抗菌 二（2一羟乙基）异烟酰胺为扩链剂合成聚氨酯。

测定该聚氨酯效能。

综合考虑抗菌效果、手感、颜色、掉粉现象等因素，3种 对葡萄状球菌及埃希氏菌属的抗菌活性，结果表明该聚氨酯抗菌加载方法中，以填充法为最佳。

的抗菌性能由季铵化所用的烷基卤化物、聚氨酯中季铵盐基（3）表面涂覆 的含量、微生物类型及有机体与外面的接触时间所决定。

结Jones等瞄一制备了类金刚石涂层的聚氨酯材料，同时研究 论显示，在干燥环境下季铵化的聚氨酯对这两种菌类具有极

了类金刚石涂层聚氨酯对细菌粘附和内壁结垢的抵抗作用。

好的抗茵性。

与未经处理的聚氨酯对比，类金刚石涂层的聚氨酯具有较好 W00等[”]设计了一种以聚￡-己内酯（PCL）和六亚甲基二的抗细菌吸附及抗内壁结垢的能力。

且涂层越薄、折射率越 异氰酸酯（HDI）以及环丙沙星为原料共聚而得到的新型抗菌小所制得的材料的性能越好。

素释放体系。

这个体系可以缓慢地释放抗菌素环丙沙星，10

Phaneuf等[6一借用染料着色工艺将环丙沙星分别结合到 天后仍能测到抗菌活性。

研究发现，胆同醇酯酶对疏水基团非离子型和阴离子型聚氨酯中，浸染后的聚碳酸酯聚氨酯能 具有特异性，因此woo等在随后的研究中u叫用长疏水性的缓慢释放环丙沙星，抗菌活性可以保持9～11天。

1，12一二异氰酸根十三烷代替HDI与PCL、环丙沙星共聚得到物理改性作为一种最简单的改性方式，加1=比较简单，利 新的抗菌体系。

结果表明，新体系在胆固醇酯酶存在条件下

用纳米材料的高比表面来吸附抗菌剂也是近年来随着纳米技 能释放出更多的抗菌素。

术的兴起的一种新思路。

总体来说，由于药物的释放主要通 壳聚糖是一种天然抗菌剂。

YangShu-Hua等[14]用壳聚过扩散来实现，存在着药物释放浓度随时问下降较快、不稳 糖／PVA混合物改性PU导管，使导管表面产生一种薄的光滑定、抗菌效果不持久的问题；对于无机金属离子抗菌剂，多余 的水凝胶涂层。

水凝胶涂层使得PU导管表而的蛋白质吸附的重金属离子也有可能产生细胞毒性。

因此，对于植入体内 明显降低。

水凝胶中含有的壳聚糖具有抗菌活性，因而使得的材料来说，普通的物理改性已无法满足要求。

改性后的导管表现出良好的抗菌性能。

实验证明用壳聚糖／

PVA混合物凝胶四步改性导管法简单易行，是一种降低导尿

2化学改性

管应用风险的有效途径。

化学改性通过化学键合作用将抗菌剂或基团固定在基体

3复合改性

材料上。

从而可克服物理改性方法存在的缺点，其性能更稳

定，使用寿命长，易于储存，且加丁方便。

通常有两种形式：

不论选用哪种抗菌剂，单独选用都不可避免的有各自的

（1）将抗菌基团通过嵌段或接枝与基体材料连接，使材料本身 缺陷，限制其所制材料的应用。

复合改性将不同抗菌剂采用具有抗菌效果；

（2）将抗菌剂嵌入基体材料，材料本身不具有 不同的方式复配在一起，发挥各自的优势，代表着～种新的发抗菌能力，在水解、酶解或其他作用从基体材料释放出来后才 展方向。

起到抗菌作用，称为高分子前药，是一种新型的药物传递 罗建斌等[1副通过用a一叔胺基一旷羟基聚乙二醇对聚氨酯系统。

进行封端并用商代烃进行季铵化。

利用聚乙二醇的抗粘附性

戈进杰等[7]以黑荆树皮单宁（wT）为交联剂制备了聚氨 能和季铵盐的物理杀菌功能，得到表面具有抗细菌粘附和永酯（PU）／WT材料。

结果表明，不仅WT对lo种致病菌及1 久杀菌的双重功能的新型聚氨酯。

抗菌实验发现。

聚乙二醇种霉菌具有明尼抗菌作用，而且w■PU材料也显示了类似的 的间隔引入能够显著提高材料的抗菌性能。

抗菌性能。

即使对抑制相对较弱的黄曲霉，培养28天后wT- Franc01ini等㈨分别用等摩尔的AgN03，cu（CH3一

PU样品表面仍无菌丝生长。

C00）2，Zn（N（）3）z，A1Cl。

和Fe（N0s）。

溶液处理羧化聚氨钟达飞等L8J以六氢一1，3，5一三羟乙基均三嗪（TN0）（俗名 酯钠盐，制得含A矿、cu”、zn2+、Al抖和Fe抖的阴离子聚合置丹油）作为抗菌剂及交联剂制备了具有抗菌效果的聚氨酯 物。

结果表明除了含Al”的聚合物外，其它4种聚合物都具

万方数据

·26· 化工新型材料 第38卷有满意的抗菌效果及良好的机械性能，可以制成医疗器件而 medicalMaterialsResearchPartBAppliedBionlaterials，2006，

不会损失其抗菌性。

将含银的聚氨酯置于环丙沙星溶液中， 78

（2）：

230一236．

[0]PhaneufMD，BideMJ，SzycherM，etaLCIevelopmentofin—

得到PU／Ag／环丙沙星复合抗菌材料。

这种复合材料对表皮

fectionresistantpolyurethanebionlaterialsusingtextiledyeing

葡萄球菌的抗菌效果达25天。

technology口]．ASAIoJ，2001，47（6）：

634—640．

Piozzi等[17]将利福平和阿莫西林两种抗生素作为抗菌剂

[，]戈进杰，蔡美琴，施兴海，等．新型降解型抗菌聚氨酯材料的

吸附在经过处理的聚氨酯薄膜上制得了一种新型的聚氨酯。

制备[J]．高分子材料科学与工程，2003，19（5）：

187—190．

研究表明，新型聚氨酯的结构对抗菌能力有很大的影响。

在 [0．]钟达飞，谢伟，鲍俊杰，等．抗菌水性聚氨酯的合成及其性能支链引入一种二胺，并通过季铵化反应制得侧基带季铵盐基 研究[J]．涂料下业，2007，37（9）：

37—39．团的改性聚氨酯，在吸附利福平后，抗菌效果最好。

数据显示 [0]詹媛嫒，李莉，钟达飞．等．两种抗菌型水性聚氨酯——季铵将其在消毒液中漂洗了10个月之后依然有抑菌效果[1引。

盐型与三丹油型的比较[J]．中国胶粘剂，2008，17（7）：

20-23．

周箭等[19]以Ti02为内核，将AgN03和壳聚糖吸附于其 [如]罗建斌，李洁华，马晨，等．硬段侧链含有脂肪族双季铵盐的

表面，组装成复合抗茵剂。

将该抗菌剂添加到聚氨酯溶液中， 聚氨酯的表面性质及抗菌性能分析[J]．中国生物医学工程学通过双向萃取的方法使聚氨酯溶胶逐渐转变为凝胶状态，最 报，2008，27（5）：

760—763．后制成抗菌聚氨酯材料。

经测试，该聚氨酯可以同时有效抑 [¨]GrapskiJA，（：

ooperSLSynthesisandcharacterizationof

制大肠杆菌等7种菌种的繁殖。

non-leachingbiocidalpolyuret}lanes[J]．Biomaterials，2001，22

（16）：

2239—2246．

4展望 [地]WooGLY，Mitteln诅nMW，santerreJP．SyIlthesisandcharacterizationofanovelbiodegradableantimicrobialp01”ner

随着聚氨酯在生物医学领域特别是植入材料的广泛应

[J]．Biomaterials，2000，21：

1235—1246．

用，对其要求也越来越高。

使用复合抗菌剂提高延长抗菌效

[¨]W00GLY，YangML，YinHQ，eta1．BiologicalcharacteP

果，研究可降解、药物可控释放、长效的聚氨酯抗菌材料已成

izationofanovelbiodegradableantimicrobialpol”nersynthP

为解决BCI问题的一个重要发展方向。

同时，单一功能的聚 sizedwithnuomquinolones．[J]．Joumalofbiomedicalmateri—合物材料在临床应用中受到限制，开发具有抗菌、抗凝等综合 alsresearch，2002，59

（1）：

35—45．性能的高分子材料将成为生物医用材料的一个发展趋势，聚 [M]YangSH，LeeYJ，LinF，eta1．Chitosan／p01y（讲nylalcoh01）

氨酯材料因其理想的性能也将扮演一个重要的角色。

blendinghydTogelcoatingimprovesthesur{acecharacteristicsofsegmentedp01”rethaneurethralcatheters口]．JoumalofBi·

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2010一06-07

-，，’●’’’●，，I，’’'’，，’●’●’，’’，，’l，，，，，，，'''，，，'’’●●'，'，'，’’’，，，'●l，’’'-●●’’l'，●●''，，’'，’，-，》’，●'’'

（上接第11页） ogyandluminescenceof（Y，Gd）BCb：

Euphosphorparticles

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isticsof（YGd）203：

Euphosphorparticlespreparedbyspray pounds，2008，452

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2010—03一19

38（3）：

515—524． 修稿日期：

2010-04—23

[31]HuGuorong，Dengxinrong，Pengzhongdong，eta1．Morpho卜

万方数据

聚氨酯抗菌生物材料的研究进展

作者：

温志国，董声雄，李春艳，WenZhiguo，DongShengxiong，LiChunyan

作者单位：

温志国,WenZhiguo（福州大学化学化工学院,福州,350108），董声雄,DongShengxiong（福州大学化学化工学院,福州,350108;宁德师范学院化学与环境科学系,宁德,352100），李春艳,LiChunyan（福建医科大学药学院,福州,350108）

刊名：

化工新型材料

英文刊名：

NEWCHEMICALMATERIALS年，卷（期）：

2010，38（11）被引用次数：

0次

参考文献（19条）

1.周箭;杨辉;陈日新组装型复合抗菌聚氨酯的抗菌性能[期刊论文]-稀有金属材料与工程2004（增刊）

2.钟达飞;谢伟;鲍俊杰抗菌聚氨酯研究进展[期刊论文]-化学推进剂与高分子材料2007（03）

3.詹媛媛;李莉;钟达飞两种抗菌型水性聚氨酯--季铵盐型与三丹油型的比较