Polyurethane

Polyurethane được biết đến là vật liệu sử dụng trong các thiết bị cấy ghép ngắn hạn như thiết bị lọc máu, bơm bóng trong động mạch chủ, ống dẫn lưu phẫu thuật,... Trong bài viết này, Trung Tâm Thuốc Central Pharmacy (trungtamthuoc.com) xin gửi đến bạn đọc những thông tin chi tiết hơn về tá dược này

1 Tổng quan về Polyurethane

1.1 Polyurethane là gì ?

Polyurethane viết tắt là PU, là vật liệu đa năng được sử dụng trong ngành y tế ở các vật liệu thông thường như ống thông, găng tay y tế và băng vết thương. Nó cũng thường được tìm thấy trong các thiết bị lớn hơn như giường y tế và bàn phẫu thuật. 

Polyurethane có tính linh hoạt và khả năng chống mài mòn vì vậy người ta thường sử dụng Polyurethane làm nguyên liệu trong các thiết bị cấy ghép ngắn hạn như thiết bị lọc máu, bơm bóng trong động mạch chủ và ống dẫn lưu phẫu thuật. 

1.2 Lịch sử ra đời của Polyurethane

PU lần đầu tiên được mô tả trong tài liệu có liên quan đến công trình của Otto Bayer vào năm 1937 về phản ứng polyaddition giữa diisocyanate và Polyester diol. Từ công trình nghiên cứu này, Pu đã được sử dụng trong Thế chiến thứ hai với vai trò là chất kết dính, bọt và sợi cho thiết bị quân sự và vũ khí. 

Khi chiến tranh kết thúc, PU bắt đầu ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau, chủ yếu là chất kết dính, chất đàn hồi hoặc chất phủ. Bên cạnh đó, PU cũng được coi là chất được sử dụng trong y tế với các vai trò khác nhau như làm chất độn và chất cố định khe xương, sau đó là vật liệu dựa trên polyester-urethane được sử dụng để tạo van tim và ghép động mạch chủ. Kể từ đó, các đặc tính PU cho các ứng dụng y sinh đã tạo ra việc sử dụng rộng rãi loại polyme này trong nhiều lĩnh vực y tế khác nhau.

1.3 Tổng hợp và cấu trúc hóa học

Polyurethane được tạo ra bằng cách cho di-isocyanate phản ứng với polyol, thường có mặt chất xúc tác hoặc khi tiếp xúc với tia cực tím với các chất xúc tác phổ biến gồm các amin bậc ba như dibutyltin dilaurate, triethylenediamine (DABCO), dimorpholinodiethyl ether (DMDEE).

Cấu trúc phân tử của PU có thể khác nhau, thường được chia thành 2 loại là PU nhiệt rắn và PU nhiệt dẻo (TPU). 

2 Tính chất của Polyurethane

2.1 Tính chất vật lý 

Polyurethane thường có cấu trúc phân tử liên kết chéo cao, tạo ra vật liệu nhiệt rắn không tan chảy khi đun nóng; mặc dù một số polyurethane Nhựa nhiệt dẻo.

Tỷ trọng: 1,005g/ cm3

Điểm sôi: 136,3°C ở 760 mmHg

Áp suất hơi: 7,44mmHg ở 25°C

Chỉ số khúc xạ: 1,44

Sự ổn định: Ổn định. Không tương thích với các tác nhân oxy hóa mạnh mẽ.

2.2 Tính chất hóa học 

Các tính chất hóa lý của PU có thể bị thay đổi khi tiếp xúc với các vật liệu khác hoặc với các môi trường dung môi khác nhau. 

Do sự biến đổi về cấu trúc của PU, các đặc tính bề mặt của chúng có thể được nghiên cứu để phục vụ các ứng dụng cụ thể bằng cách sử dụng các kỹ thuật chỉnh sửa mà không ảnh hưởng đến các tính chất của vật liệu. Cấu trúc hóa học (tính ưa nước) và hình thái bề mặt của PU là hai đặc tính thiết yếu có thể được tùy chỉnh. Khi PU ở trong môi trường kỵ nước, các phân đoạn mềm được ưu tiên tách biệt khỏi bề mặt. Nếu môi trường là chất lỏng sinh học hoặc máu thì các đoạn cứng chủ yếu hấp phụ ở giai đoạn trung gian. Đây là lý do tại sao việc biến đổi bề mặt của PU là một vấn đề quan trọng trong lĩnh vực y sinh.

Một số tính chất nổi bật của PU như:

• Polyurethane được biết đến với đặc tính nhẹ và bền. Nó có khả năng chống mài mòn, dầu và hóa chất. Bên cạnh đó, PU còn có khả năng đàn hồi cao, có thể chịu được va đập và nén. 
• Polyurethane có khả năng cách nhiệt, chống truyền nhiệt cao, đồng thời cũng nhẹ và dễ lắp đặt. 
• Polyurethane chống thấm và hóa chất. Thêm vào đó, nó có khả năng chống nước, dầu và hóa chất, có thể chịu được khi tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt mà không bị xuống cấp.
• Dễ dàng gia công và có thể được đúc, thổi, phun hoặc đúc thành các hình dạng và kích cỡ khác nhau. 
• Dễ dàng tái chế.

3 Ứng dụng của Polyurethane

Các thiết bị có chứa thành phần là polyurethane dễ dàng gia công và có độ bền đáng kể. So sánh điều này với silicone hoặc PVC, những chất liệu đã được chứng minh là kém tin cậy hơn và không dễ quản lý. Silicone không liên kết được với các vật liệu không phải silicone. Và PVC sẽ lọc nhựa độc hại theo thời gian và nó sẽ trở nên giòn khi nhiệt độ giảm xuống.

Polyurethane có thể được sử dụng ở dạng mềm, dạng bọt, dạng bán cứng và cứng. Nó vẫn giữ được hình dạng và không mất đi độ bền ở bất kỳ trạng thái nào. Tuy nhiên, chỉ những thiết bị đã được Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt mới có thể được sử dụng trong ngành y tế. Polyurethane chưa được FDA phê duyệt, nhưng các sản phẩm làm từ chất này thì đã được phê duyệt. Để giúp các thiết bị polyurethane được FDA chấp thuận, nhà sản xuất polyurethane phải biết độc tính của công thức polyurethane. Các thiết bị tiếp xúc với mô phải có thông tin đáng kể về độc tính.

Polyurethane có thể đắt hơn các loại polyme khác. Tuy nhiên, vật liệu này hoạt động theo cách mà các loại polyme khác không làm được. Bởi vì chúng có rất nhiều tính linh hoạt và khả năng tương thích với cơ thể con người nên giá mỗi pound cao hơn là xứng đáng đối với các nhà sản xuất. 

Một trong những sản phẩm có chứa Polyurethane nổi bật trong ngành y tế là ống polyurethane. Ống polyurethane cấp y tế được sử dụng trong mọi thứ, từ ống thông và máy bơm bóng đến ống dẫn lưu phẫu thuật và ống cho ăn. Ống polyurethane giống cả nhựa và Cao Su, nhưng không có độc tính và tính dễ vỡ như cả hai loại này.

Một thiết bị y tế polyurethane thường được sử dụng khác là Bóng đối xung động mạch chủ. Các đặc tính sinh học của polyurethane làm cho vật liệu này trở nên dễ dàng cho thiết bị được đưa qua đường động mạch đùi vào động mạch chủ. Máy bơm là một ống thông dài có một quả bóng ở một đầu.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng vật liệu nhân tạo duy nhất có thể thay thế mô tim con người được gọi là polyurethane phân đoạn do có độ bền cao và tính linh hoạt. Polyurethane là chất được sử dụng để chế tạo và cấy ghép tim lần đầu tiên vào năm 1982. Nó đã được ghi nhận là hiếm khi bị hỏng và có thể loại bỏ nguyên nhân gây suy tim sau khi được cấy ghép. Điều khác biệt giữa polyurethane phân đoạn với các dạng polyurethane khác là khả năng trở lại hình dạng ban đầu của vật liệu. Nó thực hiện điều này bằng cách có một hỗn hợp các copolyme phân đoạn cứng và mềm hoạt động cùng nhau.

4 Độ an toàn của Polyurethane

Polyme polyurethane phản ứng hoàn toàn có tính trơ về mặt hóa học . Không có báo cáo phơi nhiễm nào được ghi nhận ở Hoa Kỳ bởi OSHA (Cơ quan quản lý an toàn và sức khỏe nghề nghiệp) hay ACGIH (Hội nghị các nhà vệ sinh công nghiệp chính phủ Hoa Kỳ). 

Polyurethane dễ cháy. Sự phân hủy từ lửa có thể tạo ra một lượng đáng kể carbon monoxide và hydro xyanua, bên cạnh các oxit nitơ, isocyanate và các sản phẩm độc hại khác. Do tính dễ cháy của vật liệu nên nó phải được xử lý bằng chất chống cháy (ít nhất là trong trường hợp đồ nội thất).

Hỗn hợp nhựa lỏng và isocyanate có thể chứa các thành phần nguy hiểm hoặc được quản lý. Isocyanate được biết đến là chất nhạy cảm với da và hô hấp. Ngoài ra, các amin, glycol và phosphat có trong bọt phun polyurethane cũng có nguy cơ. 

Việc tiếp xúc với các hóa chất có thể phát ra trong hoặc sau khi sử dụng bọt phun polyurethane (chẳng hạn như isocyanate) có hại cho sức khỏe con người và do đó cần có biện pháp phòng ngừa đặc biệt trong và sau quá trình này.

5 Chế phẩm

Dưới đây là một số hình ảnh sản phẩm có chứa Polyurethane

6 Tài liệu tham khảo

1. Tác giả Sophie Wendels và cộng sự, ngày đăng báo tháng 8 năm 2021. Biobased polyurethanes for biomedical applications, PMC. Truy cập ngày 20 tháng 9 năm 2023.
2. Tác giả Laura-Cristina Rusu và cộng sự, ngày đăng báo tháng 5 năm 2020. An Insight into the Structural Diversity and Clinical Applicability of Polyurethanes in Biomedicine, PMC. Truy cập ngày 20 tháng 9 năm 2023.