CN113198080A - 一种抗凝水呼吸机管道及呼吸机 - Google Patents

一种抗凝水呼吸机管道及呼吸机 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种抗凝水呼吸机管道及呼吸机，涉及呼吸机技术领域。本发明公开的抗凝水呼吸机管道是由亲水硅胶材料制得的，该亲水硅胶材料的制备方法为：通过十二烷基苯磺酸钠对医用硅橡胶进行活化改性；将大豆蛋白采用均苯四甲酸二酐和聚醚多元醇进行酰化处理；然后将活化医用硅橡胶、酰化大豆蛋白溶液和复合抗菌材料在引催化剂的作用下反应制得的，并将该亲水呼吸机管道应用于呼吸机中。本发明公开的抗凝水呼吸机管道，主要用于呼吸机，具有优异的亲水性和生物相容性，可抗凝水、抗蛋白粘附性、抗细胞黏附性和极低的细胞毒性，并且具有良好的力学性能、柔软性和热稳定性，安全无毒，可循环使用。

Description

一种抗凝水呼吸机管道及呼吸机
技术领域
本发明属于呼吸机技术领域，尤其涉及一种抗凝水呼吸机管道及呼吸机。
背景技术
在现代临床医学中，呼吸机作为一项能人工替代自主通气功能的有效手段，已普遍用于各种原因所致的呼吸衰竭、大手术期间的麻醉呼吸管理、呼吸支持治疗和急救复苏中，在现代医学领域内占有十分重要的位置。病人在使用呼吸机时，吸气和呼气均要通过呼吸机管道，病人呼出的气体中含有一定量的水蒸汽，呼出的气体中的水蒸气遇到温度低于病人体温的呼吸机管道时会形成冷凝水。冷凝水沿着呼吸机管道(特别是靠近气管插管这一段管道)流入气管插管进入病人肺部。冷凝水流入肺部，异物的刺激会导致病人呛咳，易损伤肺部和呼吸道黏膜，且剧烈的咳嗽加剧病人的痛苦。冷凝水流过呼吸机管道、气管插管时，易携带管道内璧的细菌，进入肺部形成细菌种植，导致病人肺部感染。
目前主要采用在送气管路中放置加热导丝以减少冷凝水的产生，或在呼吸回路置入集水杯促进冷凝水引流等方法来降低冷凝水带来的医疗风险。放置加热导丝难以精准调控温度，且更换操作麻烦；集水杯内的冷凝水是细菌繁殖的重要场所，易增加呼吸机管内细菌的繁殖，导致病人肺部感染。现在国内外也通过改变基材自身物理结构或对基材改性提高管材自身的保温隔热性能，或是在材料表面涂覆超亲水防雾涂层，抑制水蒸汽在表面凝结，以期从根本杜绝呼吸管路冷凝水形成。中国发明专利CN109180985A公开了一种利用微米级中空介孔SiO2微球与PDMS共混交联改性的抗凝水医用硅胶材料，其是采用新型微米级反应型中空介孔SiO2微球作为交联剂，与聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行共混，得到多孔微球掺杂的硅橡胶基材。介孔中空SiO2微球不但可以起到保温隔热作用，还可在其中负载小分子抑菌剂，其介孔壳层使抑菌剂在基材中缓慢释放，起到管道抑菌作用。并在硅橡胶表面涂覆SiO2纳米粒子，提高基材的亲水性，抑制水滴在表面生成。但该抗凝水医用硅胶材料的亲水性相对PDMS的亲水性有所提高，而一般患者使用呼吸机的时间最少要维持6-8h以上，该发明在使用2h以上伴有少量冷凝水出现，随着时间的延长仍会使呼吸机管道产生大量冷凝水，亲水性能一般；经研究表明，介孔二氧化硅纳米粒的粒径和用量影响了生物相容性，因此，该发明的生物相容性一般，该材料是人体内时间太长，会在人体内发生生物副反应，表现为细胞毒性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗凝水呼吸机管道，主要用于呼吸机，具有优异的亲水性和生物相容性，可抗凝水、抗蛋白粘附性、抗细胞黏附性和极低的细胞毒性，并且具有良好的力学性能、柔软性和热稳定性，安全无毒，可循环使用。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抗凝水呼吸机管道，所述呼吸机管道是由亲水硅胶材料制备而成，所述亲水硅胶材料是由以下重量份数的原料制成：医用硅橡胶100份、十二烷基苯磺酸钠0.5-0.9份、酰化大豆蛋白8.5-13.5份和二醋酸二丁基锡0.36-0.45份。
所述亲水硅胶材料的制备方法具体包括以下步骤：
(1)活化医用硅橡胶：将医用硅橡胶加入到无水甲醇中，然后加入十二烷基苯磺酸钠，在45℃磁力搅拌60-90min，反应完成后，用无水乙醇清洗医用硅橡胶，于80℃下真空干燥1-2h，得活化医用硅橡胶。
(2)酰化大豆蛋白：将浓度为10wt％的大豆蛋白水溶液加入到2mol/L的NaOH溶液中，调节PH值至10-11，然后加入均苯四甲酸二酐，于60℃下搅拌3-4h，再加入醋酸调节PH至6-7，加入聚醚多元醇，于常温下搅拌1-2h，用去离子水清洗后，烘干，制得酰化大豆蛋白。所述大豆蛋白、均苯四甲酸二酐和聚醚多元醇的质量比为1：(0.1-0.3)：(0.32-0.54)。
(3)将活化医用硅橡胶加入到酰化大豆蛋白溶液与异丙醇的混合溶液中，搅拌均匀，然后加入二醋酸二丁基锡，于40-60℃搅拌4-6h，过滤，用去离子水清洗后，于100℃干燥2h，制得所需的亲水硅胶材料。
进一步的，所述步骤(3)的酰化大豆蛋白溶液中所述酰化大豆蛋白的质量分数为65-75％。
进一步的，所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇或聚乙二醇中的一种。
进一步的，所述步骤(1)中，所述医用硅橡胶与所述甲醇的质量比为1：(3-5)。
进一步的，所述步骤(3)中，所述酰化大豆蛋白溶液与异丙醇以质量比为1：(1.5-3.2)制成混合溶液。
使用上述亲水硅胶材料制得的抗凝水呼吸机管道可应用到呼吸机上。
本发明取得了以下有益效果：
1、本发明采用十二烷基苯磺酸钠对医用硅橡胶进行活化处理，使活化后医用硅橡胶可被酰化大豆蛋白进行亲水化表面改性，从而使硅胶材料具有优异的亲水性，使呼吸机管道可抗冷凝水。本发明的酰化大豆蛋白是采用均苯四甲酸二酐对大豆蛋白进行酰化改性，并和聚醚多元醇反应制得的，通过酰化改性引入了羧基基团，与聚醚多元醇反应引入了含氧基团的醚键和羟基，大大提高了酰化大豆蛋白内部电荷密度和亲水能力，提高了与医用硅橡胶的结合力；在二醋酸二丁基锡的催化作用下，酰化大豆蛋白分子链与活化的医用硅橡胶接枝反应，使获得的硅胶材料亲水性大大提高，使呼吸机管道不易产生冷凝水。
2、本发明使用的大豆蛋白是植物性蛋白质，经过酰化改性化接枝到医用硅橡胶表面，增大了本发明的生物相容性，从而提高了硅胶材料的抗蛋白粘附性和抗细胞黏附性，改性后的硅胶材料细胞毒性等级为0级，可直接作用于人体体内和体外。大豆蛋白属于环保材料，可生物降解，其作用于医用硅橡胶中，提高了医用硅橡胶的生物降解性，减少环境污染物，节能环保。
3、本发明的原料易得，操作简单，无需经过特殊的试验设备即可完成接枝改性，并且各种反应试剂的用量要求不高，无需特别精准，大豆蛋白的酰化改性程度只需达到50％以上，医用硅橡胶的接枝效率达到45％以上，均可使本发明具有优异的亲水性和生物相容性。
4、本发明将医用硅橡胶进行活化处理后，在催化剂的作用下与酰化的大豆蛋白反应，增加了两者之间的相容性，提高了硅胶材料的韧性，使其更加柔软，并且保证了硅胶材料具有优异的力学性能和热稳定性，使其可耐消毒中心反复洗涤、消毒及烘干处理，可循环重复使用，安全无毒，降低了医疗成本，节约了资源。
5、本发明的亲水硅胶材料经过挤出、加工成型等步骤制得的抗凝水呼吸机管道，可应用于呼吸机中，可减少呼吸机使用过程中细菌的滋生，减少使用者的感染几率。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明使用的硅橡胶材料为道康宁硅橡胶RBB-2030-80。
下面结合具体实施例对本发明的一种抗凝水呼吸机管道及呼吸机予以说明。
实施例1：一种抗冷凝水呼吸机管道及其亲水硅胶材料
一种抗凝水呼吸机管道是由亲水硅胶材料制备而成，该亲水硅胶材料的制备方法具体包括以下步骤：
(1)活化医用硅橡胶：将1kg医用硅橡胶加入到3kg无水甲醇中，然后加入5g十二烷基苯磺酸钠，在45℃磁力搅拌60-90min，反应完成后，用无水乙醇清洗医用硅橡胶，于80℃下真空干燥1-2h，得活化医用硅橡胶。
(2)酰化大豆蛋白：将浓度为10wt％的1kg大豆蛋白水溶液加入到2mol/L的NaOH溶液中，调节PH值至10-11，然后加入10g均苯四甲酸二酐，于60℃下搅拌3-4h，再加入醋酸调节PH至6-7，加入32g聚氧化丙烯二醇，于常温下搅拌1-2h，用去离子水清洗后，烘干，制得酰化大豆蛋白。
(3)将活化医用硅橡胶加入到180g酰化大豆蛋白溶液与576g异丙醇的混合溶液中，搅拌均匀，然后加入4.5g二醋酸二丁基锡，于40-60℃搅拌4-6h，过滤，用去离子水清洗后，于100℃干燥2h，制得所需的亲水硅胶材料。
本实施例1制得的亲水硅胶材料加入到双螺杆挤出机中熔融、塑化、挤出、造粒，然后加入到注塑机中注塑成型，即得所需型号的抗凝水呼吸机管道，可根据呼吸机的需求，选择不同型号要求的呼吸机管道。本发明中的其它实施例中呼吸机管道的制备方法和应用均与本实施例1中相同，下面实施例将不再赘述。
实施例2：一种抗冷凝水呼吸机管道及其亲水硅胶材料
一种抗凝水呼吸机管道是由亲水硅胶材料制备而成，该亲水硅胶材料的制备方法具体包括以下步骤：
(1)活化医用硅橡胶：将1kg医用硅橡胶加入到5kg无水甲醇中，然后加入9g十二烷基苯磺酸钠，在45℃磁力搅拌60-90min，反应完成后，用无水乙醇清洗医用硅橡胶，于80℃下真空干燥1-2h，得活化医用硅橡胶。
(2)酰化大豆蛋白：将浓度为10wt％的1kg大豆蛋白水溶液加入到2mol/L的NaOH溶液中，调节PH值至10-11，然后加入30g均苯四甲酸二酐，于60℃下搅拌3-4h，再加入醋酸调节PH至6-7，加入54g聚四氢呋喃二醇，于常温下搅拌1-2h，用去离子水清洗后，烘干，制得酰化大豆蛋白。
(3)将活化医用硅橡胶加入到131g酰化大豆蛋白溶液与197g异丙醇的混合溶液中，搅拌均匀，然后加入3.6g二醋酸二丁基锡，于40-60℃搅拌4-6h，过滤，用去离子水清洗后，于100℃干燥2h，制得所需的亲水硅胶材料。
该亲水硅胶材料制得的抗凝水呼吸机管道可用在呼吸机中。
实施例3：一种抗冷凝水呼吸机管道及其亲水硅胶材料
一种抗凝水呼吸机管道是由亲水硅胶材料制备而成，该亲水硅胶材料的制备方法具体包括以下步骤：
(1)活化医用硅橡胶：将1kg医用硅橡胶加入到3.2kg无水甲醇中，然后加入7g十二烷基苯磺酸钠，在45℃磁力搅拌60-90min，反应完成后，用无水乙醇清洗医用硅橡胶，于80℃下真空干燥1-2h，得活化医用硅橡胶。
(2)酰化大豆蛋白：将浓度为10wt％的1kg大豆蛋白水溶液加入到2mol/L的NaOH溶液中，调节PH值至10-11，然后加入25g均苯四甲酸二酐，于60℃下搅拌3-4h，再加入醋酸调节PH至6-7，加入46g聚乙二醇，于常温下搅拌1-2h，用去离子水清洗后，烘干，制得酰化大豆蛋白。
(3)将活化医用硅橡胶加入到131g酰化大豆蛋白溶液与290g异丙醇的混合溶液中，搅拌均匀，然后加入4.2g二醋酸二丁基锡，于40-60℃搅拌4-6h，过滤，用去离子水清洗后，于100℃干燥2h，制得所需的亲水硅胶材料。
该亲水硅胶材料制得的抗凝水呼吸机管道可用在呼吸机中。
实施例4：一种抗冷凝水呼吸机管道及其亲水硅胶材料
一种抗凝水呼吸机管道是由亲水硅胶材料制备而成，该亲水硅胶材料的制备方法具体包括以下步骤：
(1)活化医用硅橡胶：将1kg医用硅橡胶加入到4kg无水甲醇中，然后加入8.3g十二烷基苯磺酸钠，在45℃磁力搅拌60-90min，反应完成后，用无水乙醇清洗医用硅橡胶，于80℃下真空干燥1-2h，得活化医用硅橡胶。
(2)酰化大豆蛋白：将浓度为10wt％的1kg大豆蛋白水溶液加入到2mol/L的NaOH溶液中，调节PH值至10-11，然后加入18g均苯四甲酸二酐，于60℃下搅拌3-4h，再加入醋酸调节PH至6-7，加入42g聚氧化丙烯二醇，于常温下搅拌1-2h，用去离子水清洗后，烘干，制得酰化大豆蛋白。
(3)将活化医用硅橡胶加入到170g酰化大豆蛋白溶液与425g异丙醇的混合溶液中，搅拌均匀，然后加入3.9g二醋酸二丁基锡，于40-60℃搅拌4-6h，过滤，用去离子水清洗后，于100℃干燥2h，制得所需的亲水硅胶材料。
该亲水硅胶材料制得的抗凝水呼吸机管道可用在呼吸机中。
对比例1
本对比例中硅胶材料的原料组分和制备方法与实施例4中相同，不同之处在于，本对比例1中的未加入酰化大豆蛋白(即未加入浓度为10wt％的酰化大豆蛋白溶液)，其它组分与制备方法均不变。
对比例2
本对比例中硅胶材料的原料组分和制备方法与实施例4中相同，不同之处在于，本对比例2中的活化医用硅橡胶未加入十二烷基苯磺酸钠对其进行活化改性，其它组分与制备方法均不变。
根据以上实施例1-4制备的亲水硅胶材料和医用硅橡胶的力学性能均进行检测，测试结果如下表1所示。
表1硅胶材料的力学性能检测结果表
Figure BDA0003011264760000081
从以上实验结果可以看出，本发明的医用硅橡胶经过活化和酰化大豆蛋白改性后，仍具有良好的强度、韧性，其硬度有所降低，使亲水硅胶材料具有更好的柔软性，更利于与人体接触。
将上述实施例1-4和对比例1-3制得的硅胶材料进行亲水性、细胞毒性进行测试，检测方法如下.
亲水性测试(动态接触角测试)：
将本发明实施例和对比例的硅胶材料经室温充分真空干燥后，利用DCAT21Dataphysics型动态接触角测试仪分别测量其动态接触角的前进角和后退角。
细胞毒性测试：
采用浸提液法测试硅胶材料的细胞毒性。按照GB/T16886.5-2003的要求，硅胶材料以6cm2/mL的表面积制备浸提液。按照以上面积要求，将表面积相同的硅胶材料放入培养液中，置于含5％CO2、湿度100％的37℃培养箱中恒温放置24h，得到浸提液。
本实验采用MTT法(四唑盐比色法)测试硅胶材料的细胞毒性。将配制好的1×104个/mL的细胞悬液接种于96孔细胞培养板中，设空白对照、阳性对照和两个样品组，每组6个孔，每孔加入100μL细胞悬液。在含5％CO2、湿度100％的37℃培养箱中恒温培养24h，之后弃去原培养液，分别为空白对照组加入新鲜细胞培养液，阳性对照组加入5g/L的苯酚溶液，两个样品组加入两种浸提液，每孔加入100μL，置于恒温培养箱中继续培养72h之后，每孔再加入20μL浓度为5g/L的MTT溶液，继续培养4h后弃去孔内液体，加入150μL二甲基亚砜(DMSO)，待其充分反应显色后，利用酶标仪在570nm和630nm波长下测定吸光度，按下式计算相对增殖度
Figure BDA0003011264760000091
上式中，A：阳性或样品组吸光度；A0：空白对照组吸光度，并按表2确定硅胶材料细胞毒性等级。
表2细胞毒性反应分级
级别 相对增值度(％)
0 ≥100
1 80-99
2 50-79
3 30-49
4 0-29
将上述实施例1-4和对比例1-2制得的硅胶材料按上述检测方法进行测试，试验结果如下表3。
表3硅胶材料的亲水性检测结果表
Figure BDA0003011264760000101
从表3的试验结果可以看出，本发明具有优异的亲水性，其细胞毒性可达到0级。本发明加入酰化大豆蛋白后，大大提高了本发明的亲水性，增大了本发明的生物相容性，从而提高了硅胶材料的抗蛋白粘附性和抗细胞黏附性，使硅胶材料细胞毒性等级为0级；本发明对医用硅橡胶进行活化改性，增加本发明中各原料组分的相容性，一定程度上提高了本发明的亲水性。
抗冷凝水试验：
1)取实施例4的亲水硅胶材料制得的硅橡胶管(实施例4)二段，共45cm，作为吸气管路，用Y型连接管连接，Y型管下方安装集水杯A1，同样方法在呼气管路中安装集水杯B1，依次连接呼吸机、湿化罐及人工模拟肺。
2)取本发明使用的医用硅胶材料的硅橡胶管(对照组)二段，共45cm，作为吸气管路，用Y型连接管连接，Y型管下方安装集水杯A2，同样方法在呼气管路中安装集水杯B2，依次连接呼吸机、湿化罐及人工模拟肺。
3)机械通气24h，统计集水杯中的水量，检测结果如下表4。
表4实施例4和医用硅橡胶的抗凝水性检测结果
Figure BDA0003011264760000111
从表4的试验结果可以看出，本发明使用在呼吸机管道中的抗凝水效果很好，可在6-8h内阻止管道内的水汽凝结，将该呼吸机管道应用到呼吸机中，可减少病人在使用呼吸机时，降低呼吸机上的水汽凝结，减少细菌的滋生，减少对人体健康的危害。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种抗凝水呼吸机管道，其特征在于，所述呼吸机管道是由亲水硅胶材料制得的，所述亲水硅胶材料是由以下重量份数的原料制成：医用硅橡胶100份、十二烷基苯磺酸钠0.5-0.9份、酰化大豆蛋白8.5-13.5份和二醋酸二丁基锡0.36-0.45份；
所述亲水硅胶材料的制备方法具体包括以下步骤：
(1)活化医用硅橡胶：将医用硅橡胶加入到无水甲醇中，然后加入十二烷基苯磺酸钠，在45℃磁力搅拌60-90min，反应完成后，用无水乙醇清洗医用硅橡胶，于80℃下真空干燥1-2h，得活化医用硅橡胶；
(2)酰化大豆蛋白：将浓度为10wt％的大豆蛋白水溶液加入到2mol/L的NaOH溶液中，调节PH值至10-11，然后加入均苯四甲酸二酐，于60℃下搅拌3-4h，再加入醋酸调节PH至6-7，加入聚醚多元醇，于常温下搅拌1-2h，用去离子水清洗后，烘干，制得酰化大豆蛋白；所述大豆蛋白、均苯四甲酸二酐和聚醚多元醇的质量比为1：(0.1-0.3)：(0.32-0.54)；
(3)将活化医用硅橡胶加入到酰化大豆蛋白溶液与异丙醇的混合溶液中，搅拌均匀，然后加入二醋酸二丁基锡，于40-60℃搅拌4-6h，过滤，用去离子水清洗后，于100℃干燥2h，制得所需的亲水硅胶材料。
2.根据权利要求1所述的一种抗凝水呼吸机管道，其特征在于，所述步骤(3)的酰化大豆蛋白溶液中所述酰化大豆蛋白的质量分数为65-75％。
3.根据权利要求1所述的一种抗凝水呼吸机管道，其特征在于，所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇或聚乙二醇中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种抗凝水呼吸机管道，其特征在于，所述步骤(1)中，所述医用硅橡胶与所述甲醇的质量比为1：(3-5)。
5.根据权利要求1所述的一种抗凝水呼吸机管道，其特征在于，所述步骤(3)中，所述酰化大豆蛋白溶液与异丙醇以质量比为1：(1.5-3.2)制成混合溶液。
6.一种连接有权利要求1-5任一所述抗凝水呼吸机管道的呼吸机。
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