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水凝胶本体要足够坚韧和有耗散性

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2019-09-05浏览次数:998

那些做过胃镜并插入导管的人会知道硬塑料橡胶在人体软组织中的摩擦所引起的疼痛。而且,诸如导管的医疗装置的表面可能粘附细菌并生长异物。这些问题困扰着全世界数千万人。水凝胶柔软,水润,表面光滑,抗菌。它是与人体接触的最佳界面。但是如何用厚而耐用的水凝胶涂层制作各种医疗器械,如导管,内窥镜等?这个问题一直是医疗器械和软材料领域的主要挑战。

麻省理工学院赵选和团队于2015年首次提出了水凝胶韧性粘合的机理(图1aNature Materials 15,190-196(2016)):水凝胶体应足够坚韧和耗散,水凝胶和粘附剂必须有强有力的联系它们之间。使用这种机制,赵轩团队在2016年实现了水凝胶和各种医用塑料橡胶材料的首次韧性粘合(图1bNature Comm7,(2016)),并且2017年首次实现了简单形状医疗器械的韧性。实现。水凝胶涂层(Advanced Healthcare Materials 6,(2017))。然而,医疗器械通常具有复杂的形状,并且内表面和外表面可能是不均匀的(图1c)。

如何在复杂形状的医疗器械上获得柔软,耐用和足够厚的水凝胶涂层(图1c)?麻省理工学院赵玄河团队和华建科技大学团队共同给出了答案:让复杂医疗器械表面生长出一层控制柔软耐用水凝胶皮肤的厚度。该论文发表于先进材料((2018)),华建科技大学青年教师于剑峰,麻省理工学院博士生Hyunwoo Yuk,德国Parada作为论文的共同第一作者,以及MIT赵教授宣河作为论文的作者。

诸如浸涂等现有方法难以获得均匀厚度的水凝胶涂层,并且不适用于医疗器械的内表面和复杂表面。该团队提出了一种全新的方法。他们通过等离子体处理和膨胀和渗透使现有医疗器械(硅橡胶,聚氨酯,聚氯乙烯,丁腈橡胶,乳胶等)的表面薄至10至100微米薄且亲水。然后将水凝胶在10至100微米的变性层中生长,以形成天然的双网络水凝胶结构(图2)。 (注:双网络坚韧水凝胶是由Jianping Gong教授提出的,而不是原创作品.Advanced Materials 15,1155,(2003))。双网络水凝胶坚韧且耗散,同时保持水凝胶层和医疗器械之间的强连接,与水凝胶坚韧粘附的机制一致(图1a,Nature Materials 15,190-196(2016))。

该方法可使市面上的医疗器械表面直接生长出柔软耐用的水凝胶皮,简单,实用,安全,高效。此外,水凝胶皮肤可以在干燥状态下储存并在使用前直接润湿,而不会影响效果。

该方法可以在具有复杂形状的聚合物表面的宏观表面上制备水凝胶皮,并且还可以在具有复杂形状的微观尺度聚合物表面上制备水凝胶皮。如图3a所示,我们在厘米大小的“八角形桁架”硅橡胶上均匀地制备了一层水凝胶皮。另外,如图3b所示,我们在具有微米级“沟槽”的硅橡胶微流体芯片上均匀地制备了一层水凝胶皮。 (通过在水凝胶皮肤上扩散绿色染料,很明显整个表面完全被水凝胶皮肤覆盖)

同时,该方法还可以方便地控制水凝胶皮的厚度和粗糙度,以满足不同的应用要求。仅通过在“单体水溶液”中添加/不添加痕量链转移剂就可以获得厚度和粗糙度具有显着差异的水凝胶皮肤(其他过程相同)。