聚乙烯醇基水凝胶敷料的研究进展
韩颖1, 2，徐玉茵1, 2，田林奇1, 2，周静1, 2，周小婷1, 2
1 河南省医疗器械检验所，郑州市，450000
2 河南省医疗器械检验检测工程研究中心，郑州市，450000
【摘 要】该综述简要介绍了用作伤口敷料的聚乙烯醇基水凝胶的一些特性。在过去的几十年中已经开发了许多新的聚合物敷料， 其满足了治疗皮肤创伤的要求。该文主要集中介绍了代表理想聚合物伤口敷料的聚乙烯醇基交联水凝胶。但由于单组分水凝胶的机械强度较低，近来的趋势是制备复合水凝胶膜以满足作为理想伤口敷料要求。
【关 键 词】聚乙烯醇（PVA）；水凝胶；伤口敷料；聚合物
【中图分类号】R318.08
【文献标志码】A
【文章编号】：1671-7104(2018)06-0437-03
DOI:10.3969/j.issn.1671-7104.2018.06.013
皮肤作为主要的外部防御系统，保护机体免受微生物感染和外部环境影响。皮肤对调节体温和传递外部环境信息如疼痛和热量起着至关重要的作用。每年数以万计的病人遭受着各种事故导致的表皮或皮肤损伤，而这些事故通常带来高成本的治疗，甚至导致死亡。根据世界卫生组织统计，每年3万多人死于烫伤和烧伤[1]。由于皮肤自我修复有一定的局限性，并伴有疤痕的形成。因而使用伤口敷料成为促进皮肤组织修复或愈合的有效辅助手段。传统干性敷料如纱布等虽然能够维持伤口区域干燥，吸收伤口渗出液，但不能为组织的修复与重建创造一个湿润的环境，而且换药时会产生二次损伤。根据湿性愈合理论[2]，湿性敷料能够提供湿润的环境，促使细胞增殖或上皮化， 进而加快伤口愈合速度。因此，湿性敷料占据敷料市场的主导地位。
理想的伤口敷料应满足以下特点：保持伤口周围局部湿润环境；吸收多余的渗出物；良好的透气性； 促进细胞生长；保护伤口免受微生物感染；良好的生物相容性；结构稳定；良好的力学性能；容易去除； 价格便宜； 容易储存[3]。水凝胶作为一种高分子聚合物，能在水中溶胀并保持大量水分不溶解。此外，水凝胶特有的柔软性能，可以使其加工成各种形状，从而与伤口更有效地接触，为伤口提供一个良好的湿润愈合环境。因此，从20世纪70年代中期开始，研究和开发水凝胶作为伤口敷料成为重要的商业目标[4]。
聚乙烯醇（PVA）作为自然界中唯一的水溶性高分子聚合物，具有良好的亲水性能。通过物理、化学、辐照等方式制备的聚乙烯醇水凝胶材料，具有优良的吸水溶胀性、生物相容性，因而在生物医学领域中具有广阔的应用前景[5]。然而，PVA水凝胶在溶胀状态下，弹性差、硬度低等不足限制了其单独用作伤口敷料。因此，文献报道中的各种PVA水凝胶敷料， 常为PVA与一种或几种其他聚合物复合制备而成[6]。基于此，本文按照添加物类型对PVA基伤口敷料的研究进展进行归类概述，为此类伤口敷料的进一步发展提供有益的参考。
1 添加天然聚合物的PVA基水凝胶敷料
1.1PVA-壳聚糖符合水凝胶敷料
壳聚糖是由N-乙酰-D-葡糖胺组成的共聚多糖， N-氨基葡萄糖单元在生物聚合物链中以嵌段或无规则形式分布。壳聚糖是甲壳素的脱乙酰产物，甲壳素是甲壳类动物如虾的主要成分。壳聚糖是自然界中仅次于纤维素的第二大天然生物高分子聚合物，也是目前发现的唯一碱性氨基多糖[7]。由于其具备抗菌活性、黏附性和良好的透气性，壳聚糖常被用作伤口和烧伤敷料。壳聚糖作为伤口敷料可被制成不同形式，如薄膜、水凝胶、纤维、粉末和纳米颗粒等[8]。
CASCONE等[9]首次使用循环冻融技术制备了PVA-壳聚糖复合水凝胶用作伤口敷料。结果表明， 在PVA中添加壳聚糖可以防止PVA结晶相的形成，并形成多孔和丝状结构。EL-SALMAWI[10]使用γ辐射诱导交联PVA-壳聚糖水凝胶。结果表明，随着PVA 含量或辐射剂量的增加，复合凝胶的机械性能和微生物渗透性也随之提高。而增加壳聚糖的含量，有利于提高凝胶的溶胀能力和抗微生物活性。YANG等[11]提出了一种新的制备PVA-壳聚糖复合水凝胶的方法， 即使用循环冻融加γ辐照。这种方法制备出来的复合水凝胶吸水性，机械强度，热稳定性都得到了很大的提高，而且由于加入了壳聚糖，其对大肠杆菌也具有良好的抑菌作用。此外，YANG等[12]发现在PVA-壳聚糖复合水凝胶中添加甘油，能够提高凝胶透明度和吸水量，加速伤口愈合，而且MTT试验结果表明其对L929小鼠成纤维细胞无毒性。DON等[13]使用了新的接枝方法用于合成壳聚糖-PVA/PVA复合水凝胶。结果表明，在壳聚糖-PVA复合水凝胶中添加PVA有利于提高其血液相容性。SUNG等[14]使用循环冻融技术制备负载米诺环素的PVA-壳聚糖复合水凝胶作为伤口敷料。结果表明，增加壳聚糖含量能够提高水凝胶的溶胀能力和水蒸气透过率，但降低了凝胶膜的机械和热稳定性。负载米诺环素可加速大鼠背部伤口愈合。ZHANG等[15]采用溶液浇铸和化学交联法制备含硫酸庆大霉素的PVA-壳聚糖复合水凝胶。生物学试验结果表明，该凝胶可持续释放硫酸庆大霉素，从而抑制细菌增殖保护伤口区域免受感染。由于壳聚糖的抗菌活性仅存在于酸性生理环境中，而壳聚糖的衍生物如羧甲基壳聚糖，羧乙基壳聚糖和季化壳聚糖等可溶于不同酸碱度的溶液中。因此，壳聚糖的衍生物也常用于PVA基水凝胶的制备。ZHAO等[16]用电子束照射法制备PVA-羧甲基壳聚糖复合水凝胶用作伤口敷料。结果表明即使在低浓度羧甲基壳聚糖存在的条件下， PVA-羧甲基壳聚糖复合水凝胶也表现出对大肠杆菌的抑制活性。
1.1 PVA-藻酸盐复合水凝胶敷料
海藻酸是从棕色海藻中提取的天然线性多糖，由α -L-古洛糖醛酸和b-D-甘露糖醛酸的线性共聚物组成，具有良好的生物安全性及生物相容性。THOMA[17]首先将海藻酸以凝胶和海绵形式用作伤口敷料，该敷料具有止血、防粘连和改善伤口愈合速率的作用。KIM等[18]使用循环冻融法制备含有克林霉素的PVA-海藻酸盐复合水凝胶用作伤口敷料。他们发现，在凝胶中加入藻酸盐能够增加热稳定性和提高溶胀能力，但由于对蛋白质吸附能力增强，血液相容性降低。此外，凝胶中的藻酸盐对克林霉素的释放具有显着影响，提高了大鼠伤口的愈合速率。NAM等[19] 使用60Co辐照技术制备PVA-藻酸盐复合水凝胶。结果表明增加辐射剂量和降低藻酸盐含量，可以提高凝胶的机械强度但降低溶胀性能。细胞毒性检测和大鼠皮下植入表明其具有良好的生物相容性。
1.1 PVA-右旋糖酐复合水凝胶敷料
右旋糖酐是一类由肠膜明串珠菌等细菌产生的胞外多糖，常用于药物输送和血容量扩充剂。CASCONE等[20]使用循环冷冻交联制备的PVA-右旋糖酐复合水凝胶，表现出均匀有序的物理结构。因此与PVA-壳聚糖复合水凝胶相比，PVA-右旋糖酐复合水凝胶具有更好的溶胀能力和释放性能。FATHI等[21]通过循环冷冻交联制备的PVA-右旋糖酐-庆大霉素复合水凝胶伤口敷料进一步证明了添加右旋糖酐对凝胶的性能影响很大，它增加了体外蛋白质吸附，水蒸气透过和膜的溶胀能力。此外PVA-右旋糖酐复合水凝胶释放的庆大霉素显著降低了大鼠背部的伤口大小和斑点。该研究证明添加右旋糖酐不影响凝胶的热稳定性但对其表面形态和结晶度分布有显著的影响。
1.2 PVA-透明质酸复合水凝胶敷料
透明质酸是可降解的天然生物聚合物，由D-葡糖醛酸和D-N-乙酰葡糖胺组成。它来源于哺乳动物结缔组织和滑膜液[22]。自1934年被发现以来，它已被广泛用于软骨和组织修复。研究表明透明质酸可以与大多数组织成分如蛋白质和生长因子相互作用，加速伤口愈合和组织修复的速度[23]。FAHMY等[24]使用循环冻融技术制备含有氨苄青霉素的PVA-透明质酸复合水凝胶用做伤口敷料。生物学试验结果表明，由于透明质酸的存在，复合水凝胶的溶胀能力，蛋白质吸附力和柔软性都得到改善，而且表现一定的抗菌性。
1.3 PVA-明胶复合水凝胶敷料
明胶作为肽分子聚合物，是胶原的不完全水解产物。由于明胶是一种天然来源的生物高分子材料，因此它很早就被应用于生物医学领域。HAGO等[25]将明胶与PVA物理混合以制备含有谷氨酰胺酶的复合水凝胶用作伤口敷料，结果表明含明胶的复合水凝胶具有良好的生物相容性，且其多孔结构有利于成纤维细胞迁移和增殖。
2 添加合成聚合物的PVA基水凝胶敷料
2.1 PVA-聚乙二醇复合水凝胶敷料
聚乙二醇是一种水溶性合成两亲性聚合物。由于其特有的生物学特性，如无毒性、良好的生物相容性、可生物降解性等优点，使其在生物医学领域应用广泛。 用于伤口敷料的PVA-聚乙二醇-CaCl2复合水凝胶可通过γ-辐照交联制备。使用CaCl2作为胶凝剂和增塑剂可以提高复合水凝胶的协同效应，而加入聚乙二醇可提高其热稳定性。该复合膜具备良好的生物学特性，对细胞增殖没有抑制作用，且聚乙二醇可加速伤口愈合速率[26]。
2.2 PVA-聚维酮复合水凝胶敷料
聚维酮是一种水溶性、可生物降解的合成聚合物。由于其毒性低，透气性好和隔水性强，常被用作皮肤替代物。辐射聚合的交联聚维酮水凝胶弹性高， 且可阻止细菌侵入，常用作伤口敷料。RAZZAK等[27] 通过γ辐照交联制备PVA-聚维酮复合水凝胶敷料。他们发现加入PVA可有效改善凝胶对微生物的阻隔。
2.3 PVA-金属纳米颗粒复合水凝胶敷料
ZnO纳米粒子和纳米银作为最常见的金属纳米颗粒，常被用于抗菌伤口敷料。将ZnO纳米粒子用物理混合方式加入PVA-壳聚糖复合水凝胶中，使其具有抗金黄色葡萄球菌生长的活性[28]。通过循环冷冻交联制备的PVA-透明质酸-纳米银复合水凝胶，在凝胶溶胀性和PH敏感度提升的同时，由于纳米银的加入， 使其同时具备优良的抗菌性能[29]。
3 总结
研究进展。传统的纱布类干性敷料在移除时常会造成伤口的二次损伤，而PVA基水凝胶敷料不仅为伤口愈合创造微湿环境，而且便于移除，表明其作为生物敷料具有潜在的应用价值。壳聚糖、藻酸盐和透明质酸等天然聚合物在支持细胞生长，促进伤口愈合上比合成聚合物更有效。此外，含抗生素（例如氨苄青霉素或克林霉素的PVA基水凝胶可作为急性和慢性伤口的优选敷料。PVA-金属纳米颗粒复合水凝胶敷料因具有聚合物和纳米材料的复合特性，可在发挥抑菌效用的同时加快伤口愈合速率。总之，在PVA基水凝胶中添加其他成分，有利于改善凝胶的机械性能和加快伤口愈合速度，成为最具前景的伤口敷料。
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