專利名稱：一種具有仿生周期結(jié)構(gòu)的血液相容性材料表面的構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有仿生周期結(jié)構(gòu)的血液相容性材料表面的構(gòu)建方法，屬于仿生微納結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
血液與材料接觸后會(huì)導(dǎo)致溶血、血栓形成等不良后果。多年來(lái)，研究人員一直通過(guò)各種途徑開發(fā)新型生物材料和對(duì)已有的生物材料進(jìn)行表面修飾改性。對(duì)于前者，目前尚未發(fā)現(xiàn)這類理想的血液相容性材料。對(duì)于后者，往往采用在沒(méi)有血液相容性或者相容性較差的材料的表面涂敷抗血栓形成藥物(抗凝劑)來(lái)改性，以期減少凝血的發(fā)生，但是，這種方法使用的抗凝劑如肝素進(jìn)入血液循環(huán)后，將會(huì)干擾凝血系統(tǒng)的自身穩(wěn)定，給患者帶來(lái)許多副作用，長(zhǎng)時(shí)間的使用也會(huì)出現(xiàn)抗凝劑的脫離，最終起不到降低血小板粘附的作用；或是采用將內(nèi)皮或者間皮細(xì)胞移植到材料的表面來(lái)改善材料的血液相容性，但是特異性細(xì)胞會(huì)引起免疫反應(yīng)導(dǎo)致患者對(duì)植入物產(chǎn)生排斥反應(yīng)。
因此，血液相容性問(wèn)題仍然存在，成為限制生物材料在血液接觸環(huán)境中應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題之一。評(píng)價(jià)醫(yī)用人工材料的血液相容性一個(gè)重要指標(biāo)就是這種材料對(duì)凝血系統(tǒng)的影響，也就是說(shuō)是否引起凝血或者血栓的形成。由于血小板粘附是血液在材料表面凝固過(guò)程最重要的一步，而血栓的形成是由血液中血小板的激化、粘附、變形以及聚集等一系列過(guò)程導(dǎo)致的，因此對(duì)材料表面進(jìn)行血小板粘附實(shí)驗(yàn)，觀察材料表面血小板粘附的數(shù)量，尤其是粘附血小板的形態(tài)是表征材料血液相容性的有效方法。
受荷葉、芋頭、水稻等植物葉表面效應(yīng)的啟發(fā)，超疏水材料(與水的接觸角>150°) 引起了廣泛的研究興趣。理論上，超疏水材料表面應(yīng)具有良好的血液相容性。
材料表面疏水性由其化學(xué)組成和微觀幾何結(jié)構(gòu)共同決定，在光滑表面上采用化學(xué)方式來(lái)調(diào)節(jié)表面自由能，通常僅能使接觸角增加到120°，而不能再高，要到達(dá)更高接觸角， 就必須設(shè)計(jì)材料的表面微細(xì)結(jié)構(gòu)。具有微細(xì)粗糙結(jié)構(gòu)的表面將能有效地提高疏水表面的疏水性能。
因此，材料表面形貌是影響材料血液相容性的一個(gè)重要因素。材料表面應(yīng)該避免使血液產(chǎn)生停滯或渦流，粗糙度越高的材料暴露在血液上的面積越大，凝血的可能性也就越大；但相反的是，表面光潔的玻璃，凝血現(xiàn)象也很嚴(yán)重。而一定范圍內(nèi)的粗糙度或微相分離結(jié)構(gòu)使材料表面優(yōu)先吸附白蛋白、抑制血小板血栓、降低凝血因子接觸活性，可有效促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞在材料表面的粘附生長(zhǎng)，使血液相容性大大改進(jìn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明模擬與血液接觸的人體器官內(nèi)膜結(jié)構(gòu)，仿生設(shè)計(jì)構(gòu)建具有周期結(jié)構(gòu)的血液相容性材料，使得材料的表面接近真實(shí)人體器官內(nèi)膜，使其抗凝血性能基本達(dá)到人體器官抗凝血性能的要求，提高了醫(yī)用人工材料的生物相容性，為構(gòu)建具有更好血液相容性的醫(yī)用材料提供了一種新方法。
本發(fā)明方法步驟如下1)周期表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建立周期陣列結(jié)構(gòu)的微方柱表面模型，即確定方柱頂面邊長(zhǎng)為 aXa，方柱間距為力，方柱高度為力，根據(jù)所設(shè)計(jì)的幾何模型，基于經(jīng)典潤(rùn)濕理論推導(dǎo)出該周期微結(jié)構(gòu)表面的表觀接觸角的理論預(yù)測(cè)公式，再根據(jù)此公式確定微細(xì)結(jié)構(gòu)幾何尺寸，根據(jù)預(yù)測(cè)公式確定設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)表面是否可能具有超疏水性，預(yù)先為實(shí)驗(yàn)構(gòu)建仿生材料設(shè)計(jì)出超疏水表面；2)硬(剛性)模板的制作按照步驟1)預(yù)先設(shè)計(jì)的周期微結(jié)構(gòu)，采用光刻蝕技術(shù)在模板上刻出微結(jié)構(gòu)圖案呈周期排列的方柱陣列作為硬模板，在澆注前對(duì)硬模板表面進(jìn)行前期硅烷化處理；3)彈性模板的制備在液態(tài)的聚二甲基硅氧烷中加入交聯(lián)劑，均勻混合后得到的預(yù)聚物澆鑄在步驟2)獲得的硬模板上，在真空度為0. 0Γ0. 18 Mpa，使其交聯(lián)固化，再將固化的膜輕輕從模板中剝離出來(lái)，為發(fā)揮其表面的微細(xì)結(jié)構(gòu)的防粘減摩作用，應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行硅烷化疏水處理；處理工藝如下將甲苯和三甲基氯硅烷按體積比6:廣5:3配置溶液，將固化后膜浸泡其中，取出后在甲苯中清洗，用氮?dú)獯蹈?，作為彈性模板?)以步驟3)制作的彈性模板為模板，在液態(tài)的有機(jī)高分子聚合物中加入交聯(lián)劑，均勻混合后得到的預(yù)聚物澆鑄在彈性模板為模板上，固化后，從彈性模板上剝離下來(lái)，有機(jī)高分子聚合物表面上就形成了與彈性模板互補(bǔ)但與源模板相似的微圖案，即構(gòu)建出與硬模板具有相同微細(xì)結(jié)構(gòu)仿生表面。
本發(fā)明方法所述步驟1)的表觀接觸角的理論預(yù)測(cè)公式，
權(quán)利要求
1.一種具有仿生周期陣列結(jié)構(gòu)的血液相容性材料表面的構(gòu)建方法，其特征在于步驟如下1)周期表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建立周期陣列結(jié)構(gòu)的微方柱表面模型，即確定方柱頂面邊長(zhǎng)為 aXa，方柱間距為力，方柱高度為力，根據(jù)所設(shè)計(jì)的幾何模型，基于經(jīng)典潤(rùn)濕理論推導(dǎo)出該周期微結(jié)構(gòu)表面的表觀接觸角的理論預(yù)測(cè)公式，再根據(jù)此公式確定微細(xì)結(jié)構(gòu)幾何尺寸，根據(jù)預(yù)測(cè)公式確定設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)表面是否可能具有超疏水性，預(yù)先為實(shí)驗(yàn)構(gòu)建仿生材料設(shè)計(jì)出超疏水表面；2)硬模板的制作按照步驟1)預(yù)先設(shè)計(jì)的周期微結(jié)構(gòu)，采用光刻蝕技術(shù)在模板上刻出微結(jié)構(gòu)圖案呈周期排列的方柱陣列作為硬模板，在澆注前對(duì)硬模板表面進(jìn)行前期硅烷化處理；3)彈性模板的制備在液態(tài)的聚二甲基硅氧烷中加入交聯(lián)劑，均勻混合后得到的預(yù)聚物澆鑄在步驟2)獲得的硬模板上，在真空度為0. 0Γ0. 18 Mpa，使其交聯(lián)固化，再將固化的膜輕輕從模板中剝離出來(lái)，為發(fā)揮其表面的微細(xì)結(jié)構(gòu)的防粘減摩作用，應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行硅烷化疏水處理；處理工藝如下將甲苯和三甲基氯硅烷按體積比6:廣5:3配置溶液，將固化后膜浸泡其中，取出后在甲苯中清洗，用氮?dú)獯蹈?，作為彈性模板?)以步驟3)制作的彈性模板為模板，在液態(tài)的有機(jī)高分子聚合物中加入交聯(lián)劑，均勻混合后得到的預(yù)聚物澆鑄在彈性模板為模板上，固化后，從彈性模板上剝離下來(lái)，有機(jī)高分子聚合物表面上就形成了與彈性模板互補(bǔ)但與源模板相似的微圖案，即構(gòu)建出與硬模板具有相同微細(xì)結(jié)構(gòu)仿生表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有仿生周期結(jié)構(gòu)的血液相容性材料表面的構(gòu)建方法，其特征在于所述步驟1)的表觀接觸角的理論預(yù)測(cè)公式，根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有仿生周期結(jié)構(gòu)的血液相容性材料表面的構(gòu)建方法，其特征在于所述步驟2)的硬模板的陣列微柱的特征尺寸邊長(zhǎng)a為2 100 mm，微柱間距力為壙200 mm，微柱高度力為2 50 mm。
3.如權(quán)利要求1或2具有仿生周期陣列結(jié)構(gòu)的血液相容性材料表面的構(gòu)建方法，其特征在于所述的硬模板材料為硅片或二氧化硅或碳紙基底或二氧化鈦或三氧化二鋁或K9 玻璃或金屬基片或陶瓷。
4.如權(quán)利要求1或2具有仿生周期陣列結(jié)構(gòu)的血液相容性材料表面的構(gòu)建方法，其特征在于所述的高分子聚合物為聚二甲基硅氧烷(PDMS)、醫(yī)用聚氯乙烯(PVC)、聚氨基甲酸乙酯(PU)、膽留型液晶(LC)、聚丙交脂(PLA)、聚酰亞胺(PI)聚已交脂(PGA)、聚已內(nèi)酯(PCL)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚對(duì)苯二甲酸甲酯、聚四氟乙烯、滌綸、 硅橡膠、聚氨酯、聚乙醇酸、環(huán)糊精、聚烯烴、聚乳酸、聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷基甲基丙烯酸酯、纖維素、聚乙烯和聚羥基丙烯酸。
5.如權(quán)利要求1或2具有仿生周期陣列結(jié)構(gòu)的血液相容性材料表面的構(gòu)建方法，其特征在于所述交聯(lián)劑為過(guò)氧化二異丙苯(DCP)或2，5- 二甲基-2，5 二叔丁基過(guò)氧化己烷。
6.如權(quán)利要求1或2具有仿生周期陣列結(jié)構(gòu)的血液相容性材料表面的構(gòu)建方法，其特征在于彈性模板制備過(guò)程中硅烷化疏水處理時(shí)，將固化后膜浸泡于苯和三甲基氯硅烷混合溶液中3(T60 min，取出后在甲苯中清洗2 15 min，用氮?dú)獯蹈桑鳛閺椥阅０濉?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有仿生周期結(jié)構(gòu)的血液相容性生物材料表面的構(gòu)建方法。步驟如下根據(jù)微方柱表面模型，推導(dǎo)該周期微結(jié)構(gòu)表面的表觀接觸角的理論預(yù)測(cè)公式，根據(jù)此公式確定設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)表面是否具有理想的超疏水性；按周期微結(jié)構(gòu)，刻蝕出帶有陣列結(jié)構(gòu)微方柱硬模板，在硬模板上澆注PDMS，使其交聯(lián)固化，將固化的膜剝離，作為彈性模板；再將預(yù)聚物澆鑄在其上，固化后，聚合物表面上就形成了與彈性模板互補(bǔ)但與源模板相似的微圖案。本發(fā)明構(gòu)建的具有周期結(jié)構(gòu)的仿生血液相容性材料，可以有效抑制血小板的粘附、變形，避免激活凝血途徑，延長(zhǎng)了抗凝血的壽命，且通過(guò)合理調(diào)控表面幾何尺寸來(lái)改善界面的潤(rùn)濕性，進(jìn)而提高材料的血液相容性。
文檔編號(hào)B29C33/38GK102501344SQ20111029916
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者李剛 申請(qǐng)人:華東交通大學(xué)