聚乙烯醇复合材料在医药领域的应用

　　复合材料论文（必读8篇）之第四篇

　　摘要：聚乙烯醇(PVA)作为自然界中唯一的水溶性分子聚合物，具有良好的亲水性能;吸水溶胀性;生物相容性，故以聚乙烯醇(PVA)为基料的复合材料成为众多领域的创新探索与研究发展。本文结合相关文献对聚乙烯醇(PVA)物理共混与化学交联两种改性方法进行分类论述，并介绍了聚乙烯醇PVA在药物载体方面、医学方面与抗菌材料等重要领域的应用。

　　关键词：复合材料,聚乙烯醇,药物控释,抗菌

　　中国是聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)材料生产的大国，随着人们生活水平的不断提高和对健康的追求，聚乙烯醇复合材料具有广阔发展前景。聚乙烯醇由聚乙酸乙烯酯经皂化而成的高分子有机化合物，分子链内含有大量羟基，可交联形成大分子网络。同时聚乙烯醇(PVA)是一种无毒无刺激性的具有良好生物相容性的水溶性的高分子材料[1]，还具有成膜性和成纤性，目前在药物、食品和医学行业已有广泛的应用[2]。科研工作者在聚乙烯醇(PVA)复合材料领域不断深入研究，取得重大进展。本文对聚乙烯醇(PVA)的复合材料的合成方法及其在多个领域的应用进展进行综述。

　　1 PVA的改性方法

　　1.1 物理共混

　　1.1.1 与天然高分子共混改性

　　共混改性指通过加入能与聚乙烯醇(PVA)中羟基生成氢键的大量聚合物，破坏聚乙烯醇(PVA)分子间作用力，聚乙烯醇(PVA)可与淀粉、壳聚糖、明胶等天然高分子物理共混改性。

　　淀粉改性:徐田春等研究淀粉缩合化对聚乙烯醇(PVA)膜吸湿和降解性能的影响。研究表明，含淀粉多的聚乙烯醇(PVA)薄膜在光热及微生物环境中降解速度较快[3]。张可喜等[4]研究了木薯淀粉与聚乙烯醇(PVA)复合膜的优良的制备工艺条件，改性过后的复合膜比淀粉膜性能更略胜一筹。王松等[5]通过溶液流延法制备埃洛石纳米管/聚乙烯醇-淀粉复合膜。测试表明，埃洛石纳米管(HNTs)与聚乙烯醇(PVA)-淀粉基体有较好的相容性，且埃洛石纳米管(HNTs)的加入比纯聚乙烯醇(PVA)-淀粉的拉伸程度，耐水性，热稳性更优良。

　　壳聚糖改性:Baiwen Qi等[6]通过细胞毒性试验与三维培养，来评价水溶性热敏性壳聚糖(CS)/聚乙烯醇(PVA)复合水凝胶与骨髓间充质干细胞的细胞相容性，试验表明，与纯壳聚糖纤维相比，壳聚糖(CS)/聚乙烯醇(PVA)相混合水凝胶毒性小，可广泛用于控释载体和再生药物中。郭渊等[7]以壳聚糖和海藻酸钠为基本成膜材料，聚乙烯醇为互穿网络高分子，利用互穿网络技术和静电自组装技术制得壳聚糖(CTS)-聚乙烯醇(PVA)-海藻酸钠(SA)聚电解质复合膜，研究表明，聚乙烯醇(PVA)含量为16.7%、壳聚糖与海藻酸钠的质量比在(2～3)∶1时，复合膜人体血清相当的试验液A中的吸水倍率均为最大。赵舒俊等[8]以Si O2经季铵化改性得Si O2(QSi O2)，再与壳聚糖(QCS)和聚乙烯醇(PVA)的共混复合聚电解质膜。结果表明，该聚电解质复合膜有望成为燃烧电池。

　　明胶改性:孙微等[9]采用复冷冻-解冻法制得聚乙烯醇/明胶共混凝胶薄膜，考察明胶含量对共混凝胶薄膜结构及其性能的影响，研究发现，明胶含量增加，聚乙烯醇的玻璃化温度略微上升。王竹等[10]考察了添加明胶(GEL)提高聚乙烯醇(PVA)的热稳定性及改善其加工性能。研究表明，明胶的加入量影响混合膜的拉伸程度等性能改变，但共混材料仍保持较好的力学性能和透光性。

　　1.1.2 与合成高分子共混改性

　　韩飞龙[11]研究不同PVA含量影响聚氨酯脲-聚乙烯醇共混水凝胶研究水凝胶的溶胀性能与保水性能，研究表明，聚乙烯醇(PVA)含量达到30%时，聚氨酯脲(PUA)-聚乙烯醇(PVA)共混水凝胶样品的结构稳定，溶胀，保水性能良好。朱国全等[12]对聚乙烯醇(PVA)/聚丙二醇(PPG)共混膜的表面性能的研究;通过原子力显微镜(AFM)、表面接触角、吸水率测试的方法表明，聚丙二醇(PPG)的加入影响共混膜粗糙程度与吸水性。冯奇运用聚乙烯醇非共价键修饰氧化石墨烯，采取溶液浇注及低温热还原法得到石墨烯/聚乙烯醇/聚偏氟乙烯复合薄膜。对复合薄膜进行XRD、SEM、荧光显微镜表征，接着分析其分散性，介电性能与电导率，研究表明通过聚乙烯醇修饰的氧化石墨烯分散性更佳。石墨烯/聚乙烯醇/聚偏氟乙烯复合膜比纯PVDF的介电常数较高[13]。

　　1.2 化学交联

　　化学交联指大分子链间通过化学键连结起来，形成网状或球状结构高分子的过程，通过化学交联可改善聚合物的性能。柳华清等研究了以聚乙烯醇为主剂，二羟甲基二羟乙基乙烯脲为交联剂，得到新型的聚乙烯醇水凝剂。结果表明，当聚乙烯醇/二羟甲基二羟乙基乙烯脲体系粗盐浓度适用范围为1.0～30.0 g/100 m L水的条件下，得到性能更完善的聚乙烯醇(PVA)水凝胶[14]。牛首飞等[15]利用用凝胶-化学交联法制备了聚乙烯醇多孔载体材料，通过傅里叶红外光谱(FTIR)和比表面及孔径分布仪等方法对该材料进行研究，制备的比表面积为83.740 m2/g为最佳多孔材料。

　　聚乙烯醇被认为是酶与微生物的有效固定载体，故杨云研究了就PVA固定化微生物技术的改性与处理污水能力，化学交联中常用聚乙烯醇(PVA)-硼酸法制得聚乙烯醇载体，研究表明，该项技术非常好地提升生活污水处理能力，充分发挥聚乙烯醇作为载体的优良作用[16]。周玉惠[17]用化学交联法制备Zn O/聚乙烯醇(PVA)复合水凝胶膜。研究了Zn O加入量对复合水凝胶拉伸强度、断裂伸长率以及溶胀性能的影响。结果表明:当Zn O含量较少时，主要影响拉伸强度和断裂伸长率，而Zn O含量较多时，溶胀率性能较佳。

　　2 PVA的应用

　　2.1 在药物控释方面的应用

　　叶原丰等[18]运用静电纺丝制备聚乙烯醇(PVA)/石墨烯载药敷料，用SEM扫描电镜和UV-vis分光光度计研究其结构与性能。结果表明，该敷料对药物的负载量高、药物控释能力优异。喻翠云研究了淀粉/聚乙烯醇(PVA)囊材对农药药剂的缓释特性，进一步探讨淀粉品种、聚乙烯醇含量、聚乙烯醇分子量、聚乙烯醇醇解度、载药量和粒径对含羧基类除草剂缓释性能的影响。结果表明，PVA含量及分子量增加，水溶胀程度和释放速率都显着减小，囊体较原淀粉释放速率减小，其它影响不大[19]。张斌[20]研究了新型经皮给药制剂基质，分别以硼砂和正硅酸乙酯为交联剂，制得Ⅰ型和Ⅱ型两类聚乙烯醇(PVA)凝胶，考察了其力学性能，溶胀性能等因素，最终研究表明Ⅱ型类PVA凝胶力学、溶胀方面更好，但释放速率较低于Ⅰ型。许孟杰[21]通过共聚物与聚乙烯醇共混制得半纤维素基水凝胶，采用核磁共振仪和傅里叶变换红外光谱仪对其化学结构研究表征，探讨模拟胃液(p H值1.2)和肠液(p H值7.4)介质中的药物释放行为。实验表明，在6 h内，担载药物后的水凝胶在模拟肠液中的药物累积释放量略高于在胃液中的药物累积释放量，故水凝胶有明显的药物缓释作用。

　　2.2 在医学方面的应用

　　聚乙烯醇(PVA)是一种人工合成的水溶性高分子，因具有无毒、良好的成型性、生物相容性好、生物可降解性等特性而被广泛用于骨、软骨、人工角膜、药物缓释等生物医学领域[22]。

　　欧东综评探讨栓塞材料聚乙烯醇与明胶海绵支气管动脉栓塞术治疗大咯血。研究表明，两者止血效果均良好，而聚乙烯醇的复发风险较低[23]。赵磊[24]用静电纺丝法制备海带多糖/壳聚糖/聚乙烯醇人造血管支架，结果表明，构建的海带多糖(F)/壳聚糖(CS)/聚乙烯醇(PVA)电纺支架满足人造血管的条件，在血管组织工程中具有较大的应用潜力。路荣惠以聚乙烯醇为主链、以聚乳酸(PLA)和乙醇酸(PLGA)为侧链的接枝共聚物PVA-g-PLA和PVA-g-PLG，将接枝共聚物PVA-g-PLA和PVA-g-PLGA分别制备成医用防粘薄膜，植入小鼠体内研究其防粘性、毒性和降解性。研究发现:PVA-g-PLA和PVA-g-PLGA都具有一定防伤口组织粘连作用，PVA-g-PLGA薄膜6周左右就可以完全降解，降解速度较快，而PVA-g-PLA在动物体内则需要8周降解完全，通过细胞毒性测试发现其毒性小于1级。可满足体内植入材料的安全要求[25]。

　　2.3 在抗菌材料应用

　　近年来，研究领域中还出现了聚乙烯醇(PVA)与其它物质形成的具有优良的抗菌材料。张志杰研究以聚乙烯醇(PVA)作为基体;Ag和Cu2O无机纳米抗菌剂作为添加剂，采用直接共混或原位生成的方法，制得PVA基纳米Ag复合静电纺丝纤维，对其复合纤维进行抗菌测试，结果表明Ag@Cu2O/PVA多元复合静电纺丝纳米纤维具有一定长效抗菌性，且当Ag@Cu2O含量的增高，抗菌性逐渐增强[26]。李炜等以聚乙烯醇(PVA)与桉叶精油微胶囊为原料制得抗菌复合膜材料，通过实验测试其性能。研究表明，当PVA用量:桉叶精油微胶囊溶液用量为7∶1时，所形成的复合材料成膜性良好，且断裂伸长率和断裂强度均符合要求[27]。朱强松[28]研究了纳米丝素蛋白和聚乙烯醇(SFP/PVA)共混膜抗菌材料，采用平板菌落计数，血液相容性试验和细胞毒性试验的方法，研究其共混膜的抗菌效果，实验结果表明，此复合材料抗凝血性良好，且没有细胞毒性。张东栋等[29]将溶菌酶载入到壳聚糖/聚乙烯醇基质中，制备出溶菌酶/壳聚糖/聚乙烯醇电纺纳米纤维膜(LZ/CS/PVA)，研究表明，随着溶菌酶的加入使得在一定的比例条件下纤维形貌良好，直径减小的改变。卢芳芳等研究具有抗菌功能壳聚糖(CTS)/聚乙烯醇(PVA)/聚乙烯(PE)果蔬复合保鲜膜，利用涂覆法将聚乙烯醇、壳聚糖涂覆于聚乙烯(PE)保鲜膜上，找出涂覆液的最佳配比，确定壳聚糖-聚乙烯醇-聚乙烯的比例。结果表明当PVA质量体积分数为8%、壳聚糖质量体积分数为6%时，涂覆后的复合保鲜膜的保鲜性能最佳[30]。

　　结语

　　聚乙烯醇(PVA)由于其优良的成膜性，生物相容性和生物降解性，故与之聚乙烯醇形成复合材料种类繁多，研究过程中赋予其力学性能，亲水性能，机械性能等性能提升。而且聚乙烯醇可进行物理混合、化学交联以满足高分子发挥其本身的性能提高，在药物控释，医学方面，抗菌材料等领域得到广泛的研究进展。总之，随着高科技的进一步发展，单一功能的聚乙烯醇不能完全满足生活实践的需求，因此开发出新型的多功能复合材料非常广的发展潜能。

　　参考文献
　　[1]顾皓.生物可降解聚合物/功能化氧化石墨烯基医用敷料的制备及其性能[D].南京:南京师范大学，2014.
　　[2]李刘倩，王闻宇，金欣，等.角蛋白/聚乙烯醇复合膜对铜离子的吸附性能[J].化工新型材料，2018,46(8):204-207.
　　[3]徐田春，王林，蔡梦丹，等.淀粉缩合改性PVA薄膜的吸湿及其降解性能研究[J].科技视界，2018(32):176-177.
　　[4]张可喜，李开绵，曹阳，等.医用木薯淀粉复合膜制备工艺研究[J]．中国药业，2010,19(14):52-54.