聚乙烯醇基水凝膠敷料的研究進(jìn)展

韓穎 ，徐玉茵 ，田林奇 ，周靜 ，周小婷

1 河南省醫(yī)療器械檢驗(yàn)所，鄭州市，450000

2 河南省醫(yī)療器械檢驗(yàn)檢測工程研究中心，鄭州市，450000

皮膚作為主要的外部防御系統(tǒng)，保護(hù)機(jī)體免受微生物感染和外部環(huán)境影響。皮膚對調(diào)節(jié)體溫和傳遞外部環(huán)境信息如疼痛和熱量起著至關(guān)重要的作用。每年數(shù)以萬計(jì)的病人遭受著各種事故導(dǎo)致的表皮或皮膚損傷，而這些事故通常帶來高成本的治療，甚至導(dǎo)致死亡。根據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，每年3萬多人死于燙傷和燒傷[1]。由于皮膚自我修復(fù)有一定的局限性，并伴有疤痕的形成。因而使用傷口敷料成為促進(jìn)皮膚組織修復(fù)或愈合的有效輔助手段。傳統(tǒng)干性敷料如紗布等雖然能夠維持傷口區(qū)域干燥，吸收傷口滲出液，但不能為組織的修復(fù)與重建創(chuàng)造一個(gè)濕潤的環(huán)境，而且換藥時(shí)會(huì)產(chǎn)生二次損傷。根據(jù)濕性愈合理論[2]，濕性敷料能夠提供濕潤的環(huán)境，促使細(xì)胞增殖或上皮化，進(jìn)而加快傷口愈合速度。因此，濕性敷料占據(jù)敷料市場的主導(dǎo)地位。

理想的傷口敷料應(yīng)滿足以下特點(diǎn)：保持傷口周圍局部濕潤環(huán)境；吸收多余的滲出物；良好的透氣性；促進(jìn)細(xì)胞生長；保護(hù)傷口免受微生物感染；良好的生物相容性；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；良好的力學(xué)性能；容易去除；價(jià)格便宜； 容易儲(chǔ)存[3]。水凝膠作為一種高分子聚合物，能在水中溶脹并保持大量水分不溶解。此外，水凝膠特有的柔軟性能，可以使其加工成各種形狀，從而與傷口更有效地接觸，為傷口提供一個(gè)良好的濕潤愈合環(huán)境。因此，從20世紀(jì)70年代中期開始，研究和開發(fā)水凝膠作為傷口敷料成為重要的商業(yè)目標(biāo)[4]。

聚乙烯醇（PVA）作為自然界中唯一的水溶性高分子聚合物，具有良好的親水性能。通過物理、化學(xué)、輻照等方式制備的聚乙烯醇水凝膠材料，具有優(yōu)良的吸水溶脹性、生物相容性，因而在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景[5]。然而，PVA水凝膠在溶脹狀態(tài)下，彈性差、硬度低等不足限制了其單獨(dú)用作傷口敷料。因此，文獻(xiàn)報(bào)道中的各種PVA水凝膠敷料，常為PVA與一種或幾種其他聚合物復(fù)合制備而成[6]?；诖耍疚陌凑仗砑游镱愋蛯VA基傷口敷料的研究進(jìn)展進(jìn)行歸類概述，為此類傷口敷料的進(jìn)一步發(fā)展提供有益的參考。

1 添加天然聚合物的PVA基水凝膠敷料

1.1 PVA-殼聚糖復(fù)合水凝膠敷料

殼聚糖是由N-乙酰-D-葡糖胺組成的共聚多糖，N-氨基葡萄糖單元在生物聚合物鏈中以嵌段或無規(guī)則形式分布。殼聚糖是甲殼素的脫乙酰產(chǎn)物，甲殼素是甲殼類動(dòng)物如蝦的主要成分。殼聚糖是自然界中僅次于纖維素的第二大天然生物高分子聚合物，也是目前發(fā)現(xiàn)的唯一堿性氨基多糖[7]。由于其具備抗菌活性、黏附性和良好的透氣性，殼聚糖常被用作傷口和燒傷敷料。殼聚糖作為傷口敷料可被制成不同形式，如薄膜、水凝膠、纖維、粉末和納米顆粒等[8]。

CASCONE等[9]首次使用循環(huán)凍融技術(shù)制備了PVA-殼聚糖復(fù)合水凝膠用作傷口敷料。結(jié)果表明，在PVA中添加殼聚糖可以防止PVA結(jié)晶相的形成，并形成多孔和絲狀結(jié)構(gòu)。EL-SALMAWI[10]使用γ輻射誘導(dǎo)交聯(lián)PVA-殼聚糖水凝膠。結(jié)果表明，隨著PVA含量或輻射劑量的增加，復(fù)合凝膠的機(jī)械性能和微生物滲透性也隨之提高。而增加殼聚糖的含量，有利于提高凝膠的溶脹能力和抗微生物活性。YANG等[11]提出了一種新的制備PVA-殼聚糖復(fù)合水凝膠的方法，即使用循環(huán)凍融加γ輻照。這種方法制備出來的復(fù)合水凝膠吸水性，機(jī)械強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性都得到了很大的提高，而且由于加入了殼聚糖，其對大腸桿菌也具有良好的抑菌作用。此外，YANG等[12]發(fā)現(xiàn)在PVA-殼聚糖復(fù)合水凝膠中添加甘油，能夠提高凝膠透明度和吸水量，加速傷口愈合，而且MTT試驗(yàn)結(jié)果表明其對L929小鼠成纖維細(xì)胞無毒性。DON等[13]使用了新的接枝方法用于合成殼聚糖-PVA/PVA復(fù)合水凝膠。結(jié)果表明，在殼聚糖-PVA復(fù)合水凝膠中添加PVA有利于提高其血液相容性。SUNG等[14]使用循環(huán)凍融技術(shù)制備負(fù)載米諾環(huán)素的PVA-殼聚糖復(fù)合水凝膠作為傷口敷料。結(jié)果表明，增加殼聚糖含量能夠提高水凝膠的溶脹能力和水蒸氣透過率，但降低了凝膠膜的機(jī)械和熱穩(wěn)定性。負(fù)載米諾環(huán)素可加速大鼠背部傷口愈合。ZHANG等[15]采用溶液澆鑄和化學(xué)交聯(lián)法制備含硫酸慶大霉素的PVA-殼聚糖復(fù)合水凝膠。生物學(xué)試驗(yàn)結(jié)果表明，該凝膠可持續(xù)釋放硫酸慶大霉素，從而抑制細(xì)菌增殖保護(hù)傷口區(qū)域免受感染。由于殼聚糖的抗菌活性僅存在于酸性生理環(huán)境中，而殼聚糖的衍生物如羧甲基殼聚糖，羧乙基殼聚糖和季化殼聚糖等可溶于不同酸堿度的溶液中。因此，殼聚糖的衍生物也常用于PVA基水凝膠的制備。ZHAO等[16]用電子束照射法制備PVA-羧甲基殼聚糖復(fù)合水凝膠用作傷口敷料。結(jié)果表明即使在低濃度羧甲基殼聚糖存在的條件下，PVA-羧甲基殼聚糖復(fù)合水凝膠也表現(xiàn)出對大腸桿菌的抑制活性。

1.2 PVA-藻酸鹽復(fù)合水凝膠敷料

海藻酸是從棕色海藻中提取的天然線性多糖，由α-L-古洛糖醛酸和β-D-甘露糖醛酸的線性共聚物組成，具有良好的生物安全性及生物相容性。THOMA[17]首先將海藻酸以凝膠和海綿形式用作傷口敷料，該敷料具有止血、防粘連和改善傷口愈合速率的作用。KIM等[18]使用循環(huán)凍融法制備含有克林霉素的PVA-海藻酸鹽復(fù)合水凝膠用作傷口敷料。他們發(fā)現(xiàn)，在凝膠中加入藻酸鹽能夠增加熱穩(wěn)定性和提高溶脹能力，但由于對蛋白質(zhì)吸附能力增強(qiáng)，血液相容性降低。此外，凝膠中的藻酸鹽對克林霉素的釋放具有顯著影響，提高了大鼠傷口的愈合速率。NAM等[19]使用60Co輻照技術(shù)制備PVA-藻酸鹽復(fù)合水凝膠。結(jié)果表明增加輻射劑量和降低藻酸鹽含量，可以提高凝膠的機(jī)械強(qiáng)度但降低溶脹性能。細(xì)胞毒性檢測和大鼠皮下植入表明其具有良好的生物相容性。

1.3 PVA-右旋糖酐復(fù)合水凝膠敷料

右旋糖酐是一類由腸膜明串珠菌等細(xì)菌產(chǎn)生的胞外多糖，常用于藥物輸送和血容量擴(kuò)充劑。CASCONE等[20]使用循環(huán)冷凍交聯(lián)制備的PVA-右旋糖酐復(fù)合水凝膠，表現(xiàn)出均勻有序的物理結(jié)構(gòu)。因此與PVA-殼聚糖復(fù)合水凝膠相比，PVA-右旋糖酐復(fù)合水凝膠具有更好的溶脹能力和釋放性能。FATHI等[21]通過循環(huán)冷凍交聯(lián)制備的PVA-右旋糖酐-慶大霉素復(fù)合水凝膠傷口敷料進(jìn)一步證明了添加右旋糖酐對凝膠的性能影響很大，它增加了體外蛋白質(zhì)吸附，水蒸氣透過和膜的溶脹能力。此外PVA-右旋糖酐復(fù)合水凝膠釋放的慶大霉素顯著降低了大鼠背部的傷口大小和斑點(diǎn)。該研究證明添加右旋糖酐不影響凝膠的熱穩(wěn)定性但對其表面形態(tài)和結(jié)晶度分布有顯著的影響。

1.4 PVA-透明質(zhì)酸復(fù)合水凝膠敷料

透明質(zhì)酸是可降解的天然生物聚合物，由D-葡糖醛酸和D-N-乙酰葡糖胺組成。它來源于哺乳動(dòng)物結(jié)締組織和滑膜液[22]。自1934年被發(fā)現(xiàn)以來，它已被廣泛用于軟骨和組織修復(fù)。研究表明透明質(zhì)酸可以與大多數(shù)組織成分如蛋白質(zhì)和生長因子相互作用，加速傷口愈合和組織修復(fù)的速度[23]。FAHMY等[24]使用循環(huán)凍融技術(shù)制備含有氨芐青霉素的PVA-透明質(zhì)酸復(fù)合水凝膠用做傷口敷料。生物學(xué)試驗(yàn)結(jié)果表明，由于透明質(zhì)酸的存在，復(fù)合水凝膠的溶脹能力，蛋白質(zhì)吸附力和柔軟性都得到改善，而且表現(xiàn)一定的抗菌性。

1.5 PVA-明膠復(fù)合水凝膠敷料

明膠作為肽分子聚合物，是膠原的不完全水解產(chǎn)物。由于明膠是一種天然來源的生物高分子材料，因此它很早就被應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。HAGO等[25]將明膠與PVA物理混合以制備含有谷氨酰胺酶的復(fù)合水凝膠用作傷口敷料，結(jié)果表明含明膠的復(fù)合水凝膠具有良好的生物相容性，且其多孔結(jié)構(gòu)有利于成纖維細(xì)胞遷移和增殖。

2 添加合成聚合物的PVA基水凝膠敷料

2.1 PVA-聚乙二醇復(fù)合水凝膠敷料

聚乙二醇是一種水溶性合成兩親性聚合物。由于其特有的生物學(xué)特性，如無毒性、良好的生物相容性、可生物降解性等優(yōu)點(diǎn)，使其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 用于傷口敷料的PVA-聚乙二醇-CaCl2復(fù)合水凝膠可通過γ-輻照交聯(lián)制備。使用CaCl2作為膠凝劑和增塑劑可以提高復(fù)合水凝膠的協(xié)同效應(yīng)，而加入聚乙二醇可提高其熱穩(wěn)定性。該復(fù)合膜具備良好的生物學(xué)特性，對細(xì)胞增殖沒有抑制作用，且聚乙二醇可加速傷口愈合速率[26]。

2.2 PVA-聚維酮復(fù)合水凝膠敷料

聚維酮是一種水溶性、可生物降解的合成聚合物。由于其毒性低，透氣性好和隔水性強(qiáng)，常被用作皮膚替代物。輻射聚合的交聯(lián)聚維酮水凝膠彈性高，且可阻止細(xì)菌侵入，常用作傷口敷料。RAZZAK等[27]通過γ輻照交聯(lián)制備PVA-聚維酮復(fù)合水凝膠敷料。他們發(fā)現(xiàn)加入PVA可有效改善凝膠對微生物的阻隔。

2.3 PVA-金屬納米顆粒復(fù)合水凝膠敷料

ZnO納米粒子和納米銀作為最常見的金屬納米顆粒，常被用于抗菌傷口敷料。將ZnO納米粒子用物理混合方式加入PVA-殼聚糖復(fù)合水凝膠中，使其具有抗金黃色葡萄球菌生長的活性[28]。通過循環(huán)冷凍交聯(lián)制備的PVA-透明質(zhì)酸-納米銀復(fù)合水凝膠，在凝膠溶脹性和PH敏感度提升的同時(shí)，由于納米銀的加入，使其同時(shí)具備優(yōu)良的抗菌性能[29]。

3 總結(jié)

本文收集和總結(jié)了PVA基水凝膠傷口敷料的最新研究進(jìn)展。傳統(tǒng)的紗布類干性敷料在移除時(shí)常會(huì)造成傷口的二次損傷，而PVA基水凝膠敷料不僅為傷口愈合創(chuàng)造微濕環(huán)境，而且便于移除，表明其作為生物敷料具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。殼聚糖、藻酸鹽和透明質(zhì)酸等天然聚合物在支持細(xì)胞生長，促進(jìn)傷口愈合上比合成聚合物更有效。此外，含抗生素（例如氨芐青霉素或克林霉素的PVA基水凝膠可作為急性和慢性傷口的優(yōu)選敷料。PVA-金屬納米顆粒復(fù)合水凝膠敷料因具有聚合物和納米材料的復(fù)合特性，可在發(fā)揮抑菌效用的同時(shí)加快傷口愈合速率?？傊赑VA基水凝膠中添加其他成分，有利于改善凝膠的機(jī)械性能和加快傷口愈合速度，成為最具前景的傷口敷料。