【項目應用場景：醫療】

【望潮科技測評】

做過胃腸鏡和插過導尿管的人都會知道，硬塑料橡膠在人體柔軟組織中拖動摩擦所帶來的痛苦。並且，導尿管等醫療器械表面容易粘附細菌、生長異物。

當前，這些問題困擾著全球幾千萬人。

水凝膠，作為以水為分散介質的凝膠，具有柔軟多水，表面光滑抗菌等功能，是與人體接觸的最好界面。

圖：水凝膠

但是，該如何讓各種醫療儀器，例如導尿管、內窺鏡等附上一層足夠厚又耐用的水凝膠塗層？一直是醫療儀器和軟材料領域的一大挑戰。

眾多研究學者在該領域不斷的鑽研。

其中，MIT趙選賀團隊在2015年首次提出了水凝膠堅韌粘附的機理，即水凝膠本體要足夠堅韌和有耗散性，而且水凝膠和黏附物間要有足夠強的鏈接。

使用該機理，趙選賀團隊在2016年首次實現了水凝膠和各種醫用塑料橡膠材料的堅韌粘附，並在2017年首次實現了對簡單形狀醫療儀器的堅韌水凝膠塗層。

圖：趙選賀團隊研發過程示意圖

a水凝膠堅韌粘附的機理； b水凝膠和各種醫用橡膠材料的堅韌粘附；c複雜形狀橡膠/塑料製品

可是醫療儀器通常都有複雜的形狀，其內外表面都可能不平整。

對於這個問題，近日，趙選賀團隊和華中科技大學臧劍鋒團隊合作給出了答案，即讓複雜醫療儀器表面長出一層可控厚度的柔軟耐用的水凝膠皮膚。

當前，論文已經發表在AdvancedMaterials上(1807101 (2018))，華中科技大學臧劍鋒團隊青年教師喻研，MIT博士生Hyunwoo Yuk，GermanParada為論文共同第一作者，MIT趙選賀教授為論文通訊作者。

技術原理

據瞭解，合作團隊提出的全新方法，即將現有的醫療儀器材料，如硅橡膠，聚氨酯，聚氯乙烯，丁腈橡膠，乳膠等的表面10~100微米通過等離子處理和溶脹滲透變得稀疏親水。

圖：水凝膠皮膚生長機理

據悉，雙網絡水凝膠堅韌有耗散性，同時水凝膠層和醫療儀器間保持了強鏈接，符合水凝膠堅韌粘附的機理。

基於該方法，可以讓市面上買到的醫療儀器表面直接長出柔軟耐用的水凝膠皮膚，簡單、實用、安全、高效。另外水凝膠皮膚還可以在乾燥的狀態下儲存，使用前直接潤溼，不影響效果。

新方法的優勢和功能

據悉，該方法不僅可以在宏觀尺度的具有複雜形狀的高分子表面上製備水凝膠皮膚，還可以在微觀尺度的具有複雜形狀的高分子表面上製備水凝膠皮膚。

同時，該方法還能夠便捷地對水凝膠皮膚的厚度和粗糙度等進行控制，從而滿足不同的應用需求。

這種水凝膠皮膚層比橡膠表面要柔軟很多。通過對比，可以看出，水凝膠皮膚的表面彈性模量僅僅只有橡膠表面的約1/70。

圖： a在釐米尺寸的“Octet truss”形硅橡膠上均勻製備的水凝膠皮膚；b在具有微米級 “溝槽”的硅橡膠微流控芯片上均勻製備的水凝膠皮膚；c薄且較光滑的水凝膠皮膚；d厚且較粗糙的水凝膠皮膚

並且，從宏觀上看，水凝膠皮膚基本不會改變橡膠的拉伸模量。這說明該水凝膠皮膚只是改變了橡膠表面的柔軟性，並沒有影響橡膠整體的性能和功能。

同時，它在水中具有極其優異的耐摩擦磨損性能。

一方面，製備了水凝膠皮膚的PDMS的摩擦係數幾乎不會隨壓強的增大而升高。另一方面，製備了水凝膠皮膚的PDMS的摩擦係數幾乎不會隨摩擦時間的增長而升高。

這主要是由於水凝膠皮膚具有非常優異的保水性能和抗磨損性能。

圖： a，b 抗大腸桿菌實驗結果

另外，水凝膠皮膚層還具有非常優異的抗菌潛力。通過實驗，研究人員證明了大腸桿菌極難在水凝膠皮膚表面生長和附著。

由於該方法不僅可以採用光引發方式製備，也可以採用熱引發方式製備。所以，可以在高分子管道的外壁和內壁都均勻地製備水凝膠皮膚。

最後，值得一提的是，該方法還能在很多不規則形狀的商業醫用管狀器械上製備水凝膠皮膚，比如氣囊導尿管等。

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關鍵字: 麻省理工學院 導尿管 健康