專利名稱：抗凝血及組織相容性高分子材料表面改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為抗凝血及組織相容性高分子材料表面改性方法，涉及生物高分子材料。
生物醫(yī)用材料多為高分子材料，而人工血管、人工心臟、人工肺、人工腎等許多生物高分子材料需要直接與血液接觸，因此作為生物高分子材料除應(yīng)具備必要的力學(xué)性能和生物功能外，還必須具備優(yōu)良的血液相容性和組織相容性，其中，材料的抗血栓性是血液相容性的關(guān)鍵。
現(xiàn)有的生物高分子材料，例如尼龍、聚酯、PE、PP、聚氨酯等醫(yī)用制品很難滿足生物高分子材料的多種需求，特別是在與血液直接接觸時(shí)，往往使血液凝固，形成血栓。由于生物體凝血機(jī)制的復(fù)雜性，材料的血液相容性問(wèn)題是一個(gè)難題，需要人們致力于抗血栓及生物相容性高分子材料的研究。
迄今，上述高分子材料的抗血栓及生物相容性的研究方法有兩種①使材料本身難以形成血栓或具備生物相容性；②對(duì)材料表面改性，使其形成抗血栓及生物相容性的表面。這些方法的抗血栓途徑主要有將肝素等天然抗凝血?jiǎng)┡c材料混合或與材料化學(xué)鍵合；將生物活性好的膠原在材料表面涂覆；制備如嵌段聚醚氨酯那樣的具有親水/疏水微相分離結(jié)構(gòu)的共聚物材料；將水凝膠或親水性高分子與高分子基材結(jié)合；通過(guò)表面血管內(nèi)皮細(xì)胞化、白蛋白鈍化等高分子材料表面?zhèn)物棧粚⑤x光放電處理得到的活性化聚合物表面浸于軟骨素硫酸、殼聚糖等硫酸粘多糖溶液中，制備具有粘多硫酸糖結(jié)構(gòu)的聚合物表面等。但是以上方法所獲得的高分子材料，如嵌段聚醚氨酯、肝素化的高分子材料，其原有的力學(xué)強(qiáng)度下降，達(dá)不到需要的強(qiáng)度和耐久性，不能滿足臨床需要；文獻(xiàn)[昭59-183762]報(bào)導(dǎo)的輝光放電聚合物表面活性化結(jié)合硫酸粘多糖的抗血栓材料制備方法，是利用輝光放電等離子體將高分子材料活性化，然后將活性化聚合物表面浸于軟骨素硫酸等硫酸粘多糖溶液中，反應(yīng)結(jié)束后，再清洗、干燥，這種方法涉及高分子表面活性化、材料溶液浸漬、清洗、干燥多步處理，因而該方法工藝復(fù)雜、活性化表面不穩(wěn)定、硫酸粘多糖與聚合物表面結(jié)合差，抗血栓生物相容性效果差。
本發(fā)明者基于目前的情況，為克服以往這些生物高分子材料的不足，進(jìn)行了旨在既具有良好的抗血栓性和組織相容性，又不影響高分子材料本身的力學(xué)性能的高分子材料表面改性研究，即通過(guò)二氧化硫等離子體聚合物表面處理，使高分子材料表面具有抗血栓和組織相容性，而聚合物的體相性能不受影響。
本發(fā)明采用二氧化硫射頻等離子體處理高分子材料表面這一新的抗凝血及組織相容性改性方法，目的是提高生物高分子材料(如聚乙烯和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯等)的抗凝血性和組織相容性即延長(zhǎng)血漿在聚合物表面的凝血時(shí)間，提高抗凝血性；促進(jìn)血管壁平滑肌細(xì)胞(VSMC)在聚合物表面的生長(zhǎng)，提高組織相容性。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，提出以下技術(shù)方案其具體方法為(1)將高分子材料用丙酮或乙醇超聲波清洗6小時(shí)以上，然后再用蒸餾水超聲波清洗6小時(shí)以上，最后風(fēng)干或在真空干燥器中干燥得到洗凈的聚合物表面；(2)將等離子體反應(yīng)室內(nèi)的電極、器壁及室內(nèi)附件清洗干凈，使電極及反應(yīng)室保持潔凈，無(wú)其它雜物及灰塵；(3)將預(yù)先處理過(guò)的聚合物薄膜置于等離子體處理儀的下電極中央，關(guān)閉反應(yīng)室及各路氣路閥，啟動(dòng)真空泵，預(yù)抽極限真空2Pa以下，打開(kāi)一路流量控制器的針閥，抽本底真空至2Pa以下；(4) 開(kāi)啟進(jìn)氣氣路，將單體二氧化硫氣通入反應(yīng)室，清洗預(yù)混室和管路中的殘余氣體，然后再關(guān)閉閥門(mén)，抽本底真空度至2Pa；(5)再將二氧化硫氣通入反應(yīng)室，由質(zhì)量流量控制計(jì)控制二氧化硫的流速，流速為10～50sccm，室內(nèi)壓力為20～40Pa，氣壓穩(wěn)定后，啟動(dòng)RF電源，調(diào)節(jié)放電功率至5～80W，并調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)中的電容，使等離子體的有效功率最大，等離子體處理時(shí)間為1～10min；(6)輝光放電結(jié)束后，先關(guān)閉RF電源，繼續(xù)抽真空約30分鐘以上，除去未反應(yīng)的單體及表面附著物。
本發(fā)明首次采用二氧化硫輝光放電低溫等離子體處理PE，PET薄膜。XPS及ATR-FTIR分析測(cè)試結(jié)果表明，二氧化硫等離子體處理LDPE、PET薄膜可在聚合物薄膜形成磺酸基等極性基團(tuán)，明顯提高聚合物薄膜表面的親水性、抗凝血性以及促進(jìn)VSMC在聚合物表面的生長(zhǎng)。這種提高聚合物表面抗凝血性和組織相容性的方法與其它方法相比主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)該方法為干式工藝，與化學(xué)處理等相比，無(wú)需濕法工藝中的烘干、廢水處理等工序，省能源、無(wú)公害；通常只涉及聚合物表面幾十到數(shù)千埃，可使表面物性得到顯著改善，而聚合物材料的體相不受影響；處理過(guò)程簡(jiǎn)單，容易操作；二氧化硫等離子體生物高分子材料表面改性得到的材料，不僅表面具有良好持續(xù)的抗血栓性能和良好的組織相容性，并且可很好地保持其原有的力學(xué)強(qiáng)度與其它體相性能。
最佳實(shí)施例1將低密度聚乙烯(LDPE)薄膜，用丙酮或乙醇超聲波清洗6小時(shí)，然后再用蒸餾水超聲波清洗6小時(shí)，最后風(fēng)干或在真空恒溫干燥器中干燥，得洗凈的LDPE表面；等離子體處理前，將等離子體反應(yīng)室內(nèi)的電極、器壁及室內(nèi)附件清洗干凈，使電極及反應(yīng)室內(nèi)保持潔凈，無(wú)其它雜物及灰塵。
將裁成適宜尺寸的預(yù)先處理過(guò)的LDPE薄膜置于等離子體處理儀的下電極中央，關(guān)閉反應(yīng)室及各路氣路閥，啟動(dòng)真空泵，預(yù)抽極限真空2Pa以下，打開(kāi)一路流量控制器的針閥，抽本底真空至2Pa以下。
開(kāi)啟進(jìn)氣氣路，將單體二氧化硫氣通入反應(yīng)室，清洗預(yù)混室和管路中的殘余氣體，然后再關(guān)閉閥門(mén)，抽至本底真空度2Pa。
再將二氧化硫氣通入反應(yīng)室，由質(zhì)量流量控制計(jì)將其流速控制為30sccm，室內(nèi)壓力25Pa，氣壓穩(wěn)定后，啟動(dòng)RF電源，放電功率為50W，調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)中的電容，使等離子體的有效功率最大，等離子體處理10min。
輝光放電結(jié)束后，關(guān)閉RF電源，繼續(xù)抽真空約30分鐘，除去未反應(yīng)的單體及表面附著物，處理結(jié)束后，依次關(guān)閉進(jìn)氣路、真空泵、反應(yīng)室通大氣，打開(kāi)處理儀上蓋，取出樣品，即可得到表面具有抗血栓性和組織相容性、體相力學(xué)性能及其它性能不發(fā)生變化的生物相容性LDPE材料。
LDPE薄膜表面經(jīng)二氧化硫等離子體處理后，表面的凝血時(shí)間比處理前明顯延長(zhǎng)，采用比濁法在全自動(dòng)凝血分析儀上測(cè)定的體外凝血時(shí)間(活化部分凝血活酶時(shí)間APTT，凝血酶原時(shí)間PT，凝血酶時(shí)間TT)列于1。二氧化硫等離子體處理后LDPE表面的APTT、TT均顯著延長(zhǎng)；等離子體改性聚合物表面的物理化學(xué)性質(zhì)的持續(xù)性或時(shí)效性一直是人們關(guān)心的問(wèn)題。等離子體處理后放置不同時(shí)間的聚合物表面體外凝血時(shí)間測(cè)試結(jié)果表明，二氧化硫等離子體處理的LDPE，其表面的抗血栓的時(shí)效性較好，表面抗凝血性可較長(zhǎng)時(shí)間的保留，處理半年后的LDPE表面的APTT和TT仍比處理前來(lái)得長(zhǎng)(如表2)，放置半年后，ΔTAPTT降至8.5s，仍然具有較好的抗凝血性。
表1 LDPE表面凝血時(shí)間(秒)樣品 水接觸角(°)APTT PT TT處理前 101 34.6 10.515.4SO2等離子體處理 31 64.3 10.8大于60表2.SO2等離子體處理LDPE表面凝血時(shí)間(秒)(ΔT處理后與處理前樣品的凝血時(shí)間差)放置時(shí)間(天) 水接觸角(°)ΔTAPTTΔTPTΔTTT3 31 29.7 0.3 大于403035 18.1 0.4 大于20180 41 8.50.7 大于15.2此外，LDPE薄膜表面經(jīng)二氧化硫等離子體處理后，可有效地改善表面的親水性，其表面水接觸角明顯減?。辉贚DPE薄膜表面接種并培養(yǎng)血管壁平滑肌細(xì)胞(VSMC)，用MTT法測(cè)得表征細(xì)胞生長(zhǎng)的光密度(OD)如3所示，VSMC在二氧化硫等離子體處理的LDPE表面上的生長(zhǎng)好于處理前，培養(yǎng)三天后，與處理前相比，OD值大，統(tǒng)計(jì)學(xué)有非常顯著性差異(P＜0.01)。說(shuō)明該法得到的LDPE薄膜有利于VSMC生長(zhǎng)，具有較好的組織相容性。
表3 LDPE表面VSMC培養(yǎng)OD值培養(yǎng)時(shí)間(天)處理前SO2等離子體改性 T檢驗(yàn)3 0.3278±0.00940.3932±0.0057 P＜0.015 0.3730±0.02000.4756±0.0220 P＜0.01
最佳實(shí)施例2聚苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜用乙醇或丙酮超聲波清洗6小時(shí)，然后再用蒸餾水超聲波清洗6小時(shí)，最后風(fēng)干或在真空恒溫干燥器中干燥，得洗凈的PET表面；等離子體處理前，將等離子體反應(yīng)室內(nèi)的電極、器壁及室內(nèi)附件清洗干凈，使電極及反應(yīng)室內(nèi)保持潔凈，無(wú)其它雜物及灰塵。
將裁成適宜尺寸的預(yù)先處理過(guò)的PET薄膜置于等離子體處理儀的下電極中央，關(guān)閉反應(yīng)室及各路氣路閥，啟動(dòng)真空泵，預(yù)抽極限真空2Pa以下，打開(kāi)一路流量控制器的針閥，抽本底真空至2Pa以下。
開(kāi)啟進(jìn)氣氣路，將單體二氧化硫氣通入反應(yīng)室，清洗預(yù)混室和管路中的殘余氣體，然后再關(guān)閉閥門(mén)，抽至本底真空度2Pa。
再將二氧化硫氣通入反應(yīng)室，由質(zhì)量流量控制計(jì)將其流速控制為25sccm，室內(nèi)壓力20Pa，氣壓穩(wěn)定后，啟動(dòng)RF電源，放電功率為60W，調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)中的電容，使等離子體的有效功率最大，等離子體處理5min。
輝光放電結(jié)束后，關(guān)閉RF電源，繼續(xù)抽真空約30分鐘，除去未反應(yīng)的單體及表面附著物，處理結(jié)束后，依次關(guān)閉進(jìn)氣路、真空泵、反應(yīng)室通大氣，打開(kāi)處理儀上蓋，取出樣品，即可得到表面具有抗血栓性和組織相容性、體相力學(xué)性能及其它性能不發(fā)生變化的生物相容性PET材料。
以與例1相同的體外凝血測(cè)試方法，表示其抗凝血情況，各凝血參數(shù)列于表4。PET表面經(jīng)SO2等離子體處理后，其APTT、TT較明顯地延長(zhǎng)，ΔTAPTT和ΔTTT分別為15.9秒和8.6秒，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗凝血性。SO2等離子體處理PET表面抗凝血性的時(shí)效性如表4，ΔTAPTT和ΔTTT隨放置時(shí)間出現(xiàn)不同程度的下降。放置半年后，ΔTAPTT降至3.2s，尚好于處理前樣品的凝血性。
SO2等離子體處理的PET，水接觸角減小(表4)，薄膜表面的親水性得以增強(qiáng)；表面親水性隨放置時(shí)間呈逐漸增大的趨勢(shì)，放置半年后改性PET的水接觸角由30°增大至52°，仍比處理前的親水性強(qiáng)。
SO2等離子體處理的PET表面可促進(jìn)VSMC的生長(zhǎng)，VSMC在PET表面的生長(zhǎng)情況如表5所示。VSMC在SO2等離子體處理的PET薄膜表面上的生長(zhǎng)，也比處理前好。培養(yǎng)一天，在改性表面的細(xì)胞數(shù)比處理前高(OD值如表5所示)，但兩組之間還沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性差異，培養(yǎng)三天后，細(xì)胞繼續(xù)生長(zhǎng)，且在改性表面生長(zhǎng)的更好，統(tǒng)計(jì)學(xué)有非常顯著性差異((P＜0.01)。因此該方法獲得的PET表面有利于VSMC生長(zhǎng)，具有良好的組織相容性。
表4 PET表面凝血時(shí)間(秒)樣品 水接觸角(°)APTT PT TT處理前 78 37.6 11.117.8SO2等離子體處理后3天 30 15.9 0.7 8.6SO2等離子體處理后一個(gè)月 36 10.2 -0.44.0SO2等離子體處理后半年 52 3.2 -0.43.4表5 PET表面VSMC培養(yǎng)OD值培養(yǎng)時(shí)間/天 PET對(duì)照 SO2等離子體改性 T檢驗(yàn)1 0.3662±0.12000.4734±0.0140P＞0.053 0.5672±0.00520.9508±0.0350P＜0.015 0.976±0.0900 1.332±0.0830 P＜0.0權(quán)利要求
1.一種抗凝血及組織相容性高分子材料表面改性方法，其特征在于該方法為(1)將高分子材料用丙酮或乙醇超聲波清洗6小時(shí)以上，然后再用蒸餾水超聲波清洗6小時(shí)以上，最后風(fēng)干或在真空干燥器中干燥得到洗凈的聚合物表面；(2)將等離子體反應(yīng)室內(nèi)的電極、器壁及室內(nèi)附件清洗干凈，使電極及反應(yīng)室內(nèi)保持潔凈，無(wú)其它雜物及灰塵；(3)將預(yù)先處理過(guò)的聚合物薄膜置于等離子體處理儀的下電極中央，關(guān)閉反應(yīng)室及各路氣路閥，啟動(dòng)真空泵，預(yù)抽極限真空2Pa以下，打開(kāi)一路流量控制器的針閥，抽本底真空至2Pa以下；(4)開(kāi)啟進(jìn)氣氣路，將單體二氧化硫氣通入反應(yīng)室，清洗預(yù)混室和管路中的殘余氣體，然后再關(guān)閉閥門(mén)，抽本底真空度至2Pa；(5)再將二氧化硫氣通入反應(yīng)室，由質(zhì)量流量控制計(jì)控制二氧化硫的流速，流速為10～50sccm，室內(nèi)壓力為20～40Pa，氣壓穩(wěn)定后，啟動(dòng)RF電源，調(diào)節(jié)放電功率至5～80W，并調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)中的電容，使等離子體的有效功率最大，等離子體處理時(shí)間為1～10min；(6)輝光放電結(jié)束后，先關(guān)閉RF電源，繼續(xù)抽真空約30分鐘以上，除去未反應(yīng)的單體及表面附著物。
全文摘要
本發(fā)明為抗凝血及組織相容性高分子材料表面改性方法,涉及生物高分子材料。本方法將SO
文檔編號(hào)A61F2/06GK1270797SQ99105660
公開(kāi)日2000年10月25日 申請(qǐng)日期1999年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月20日
發(fā)明者王秀芬, 朱鶴孫, 周政懋 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)