CN102241829A - 生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料的制备方法。生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料，其特征在于它由基材和修饰层组成，基材由聚氨酯材料构成，修饰层是在该基材的表面先进行生物多糖衍生物的层层自组装，再利用光化学交联反应进行表面修饰而得到；其中，修饰层中含有在基材表面经过层层自组装和光化学交联的两种生物多糖衍生物——香菇多糖衍生物和壳聚糖衍生物。该聚氨酯材料的表面具有良好的亲水性，以及具有良好的抑制大肠杆菌的抗菌活性，该聚氨酯材料表面的血液相容性也得到改善，同时该聚氨酯材料制备方法较简单，反应迅速，易于控制，制备条件温和，成本较低廉。

Description

生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料及其制备方法

技术领域

本发明属于生物医用材料、高分子化学、光化学反应和分子自组装技术领域，特别是涉及一种生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料的制备方法。

背景技术

聚氨酯材料由于其优异的物理机械性能和较好的生物相容性，因此在制造植入人体的各种器件，如人工心脏瓣膜、人工透析膜、人工血管等生物医用高分子材料领域有巨大的应用前景。由于医用高分子材料耐生物老化性强，物理化学性能稳定，易加工成型，已成为生物医用材料中用途最广、用量最大的品种，近年来需求量增长十分迅速。然而，当普通的生物医用高分子材料植入到人体以后，材料的表面与生物组织、血液、细胞等相接触时往往会引发一系列的不良生物反应，而在材料植入的过程中和术后也容易引发肌体的炎症和细菌感染，这就要求作为植入体内的生物医用高分子材料，既具有良好的生物相容性，又具有良好的抗菌、抗感染等生物活性。

目前，采用表面修饰的方法提高生物医用材料的生物相容性和表面生物性能是最直接也是最有效的方法。层层自组装技术(LBL)是一种基于静电作用依次吸附上带异种电荷聚电解质的分子自组装技术，其制备工艺简单，厚度可控，条件温和，自组装范围广泛，不仅可以自组装合成聚电解质，也可以自组装蛋白质、多糖、DNA等带电荷的生物大分子[高分子通报，2006，8：58-63]。因此，近年来层层自组装技术被应用于生物医用材料的表面修饰领域。然而，层层自组装技术利用的是聚电解质之间的静电作用力，因此当层层自组装表面修饰的生物医用材料植入到体内，其表面修饰层的稳定性往往会受到体内复杂的体液环境的影响。有研究者将层层自组装后的多层膜采用化学方法进行交联，以提高表面自组装多层膜的稳定性和膜的硬度，虽然交联后的自组装多层膜稳定性能有一定程度的提高，但是化学交联反应耗时长，1μm厚的膜就需要交联几个小时[Langmuir，2006，22：1193-1200]。此外，使用化学交联试剂往往容易对表面修饰层中的生物大分子等修饰成分的生物活性产生不利的影响。

近年来用光化学修饰法进行表面改性受到生物材料学家的广泛关注和研究。光化学修饰法具有一系列的优点，例如反应迅速，能在几分钟内很快完成反应，不需要苛刻的反应条件，不使用真空或控温仪器等复杂装置设备，通用性很强，适用范围广泛，可适用于绝大多数的高聚物表面，能成功地固定各种类型的可溶的合成高分子和生物高分子[高分子材料科学与工程，2001，17(5)：20-23]。因此，利用光化学修饰法对自组装后的多层膜进行交联，其反应迅速，基材与自组装层均能形成共价键连接，并且有利于防止使用化学交联试剂对生物活性分子等修饰成分的生物活性产生不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料及其制备方法，该聚氨酯材料的表面具有良好的亲水性，以及具有良好的抑制大肠杆菌的抗菌活性，同时该聚氨酯材料表面的血液相容性也得到改善，该聚氨酯材料制备方法较简单，成本较低廉。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料，其特征在于它由基材和修饰层组成，基材由聚氨酯材料构成，修饰层是在该基材的表面先进行生物多糖衍生物的层层自组装，再利用光化学交联反应进行表面修饰而得到；其中，修饰层中含有在基材表面经过层层自组装和光化学交联的两种生物多糖衍生物——香菇多糖衍生物和壳聚糖衍生物。

本发明先通过化学修饰方法分别制备两种生物多糖衍生物——香菇多糖硫酸酯和光反应活性的叠氮壳聚糖，再利用光化学反应将叠氮壳聚糖固定在聚氨酯基材表面，然后使基材表面带正电后，再通过表面层层自组装交替吸附带香菇多糖硫酸酯和叠氮壳聚糖，最后通过光化学反应对表面自组装层进行交联，从而构成修饰层；基材采用普通商用聚氨酯材料，其和修饰层构成所述的生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料。

生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)香菇多糖衍生物——香菇多糖硫酸酯的制备：

按香菇多糖∶二甲基亚砜∶吡啶∶氯磺酸＝(0.6～1.2)g∶(50～100)mL∶(9～18)mL∶(3.7～7.4)mL，选取香菇多糖、二甲基亚砜、吡啶和氯磺酸，备用；

将香菇多糖加入装有二甲基亚砜的反应容器中，在20～30℃下搅拌12～18小时，再以2～4mL/分钟的速度缓慢逐滴滴加吡啶，继续搅拌30～40分钟，然后将反应容器置于冰浴中，搅拌下用恒压漏斗以0.5～1mL/分钟的速度逐滴缓慢滴加氯磺酸，滴加完毕后升温至75～85℃继续搅拌反应100～120分钟，反应停止后冷却至室温，用质量百分数为1～10wt％的NaOH溶液调节pH至中性，得到反应液；再将所得反应液注入再生纤维素透析袋中，在pH为10的NaOH溶液中透析12～18小时，再用自来水流水透析4～6天，去离子水透析3～5天，然后将透析液旋转蒸发浓缩，最后经过冷冻干燥，得到香菇多糖硫酸酯；

2)壳聚糖衍生物——光反应活性的叠氮壳聚糖的制备：

按壳聚糖∶1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐∶4-叠氮苯甲酸∶甲醇∶N，N，N’，N’-四甲基乙二胺＝(1～2)g∶(0.35～0.7)g∶(0.2～0.4)g∶(100～200)mL∶(0.75～1.5)mL，选取壳聚糖、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、4-叠氮苯甲酸、甲醇和N，N，N’，N’-四甲基乙二胺；

将壳聚糖、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、4-叠氮苯甲酸加入装有甲醇的反应容器中，在20～30℃下搅拌15～30分钟，再以2～4mL/分钟的速度缓慢逐滴滴加N，N，N’，N’-四甲基乙二胺，继续搅拌48～72小时，反应停止后，得到混合液；将混合液倒入布氏漏斗中避光抽滤20～30分钟，再将得到的固体用甲醇洗涤4～6次，然后在20～30℃下避光真空干燥24～48小时，得到叠氮壳聚糖；

3)聚氨酯膜片基材的制备：

按聚氨酯∶甲苯∶甲醇＝(18～21)g∶200mL∶200mL，选取聚氨酯、甲苯和甲醇，首先将聚氨酯装入索氏提取器中先后用甲苯以及甲醇进行索氏提取36～48小时，得到纯化后的聚氨酯材料；将纯化后的聚氨酯材料溶于N，N-二甲基甲酰胺中(按纯化后的聚氨酯材料∶N，N-二甲基甲酰胺＝6g∶80mL，选取纯化后的聚氨酯材料和N，N-二甲基甲酰胺)，待搅拌完全溶解后将溶液倒入平底成膜盘内，在60～65℃下干燥24～48小时，再真空干燥24～48小时，得到聚氨酯薄膜；

将上述聚氨酯薄膜切成圆形膜片，用甲苯超声清洗4～6次，再用无水乙醇超声清洗4～6次，在40～50℃真空干燥24～48小时，得到聚氨酯膜片基材(PU)；

4)聚氨酯膜片基材表面光化学固定壳聚糖：

按叠氮壳聚糖∶乙酸溶液＝(0.01～0.02)g∶(10～20)mL，选取叠氮壳聚糖和乙酸溶液，其中乙酸溶液的质量百分数为1wt％，将叠氮壳聚糖加入到乙酸溶液中，搅拌至充分溶解，得到叠氮壳聚糖的乙酸溶液，备用；

取叠氮壳聚糖的乙酸溶液涂于聚氨酯膜片基材表面，在20～30℃下避光干燥24～36小时，然后用波长为365nm的紫外灯辐照3～7分钟，反应完成后，将聚氨酯膜片基材用质量百分数为1wt％的乙酸溶液洗涤4～6次，再用去离子水反复洗涤4～6次；然后放入0.012mol/L的盐酸溶液中，搅拌15～30分钟，然后用去离子水洗涤4～6次，得到表面光化学固定壳聚糖的聚氨酯膜片基材；

5)香菇多糖硫酸酯溶液、叠氮壳聚糖溶液的制备：

按香菇多糖硫酸酯∶叠氮壳聚糖＝(1.0～2.0)mg∶(1.5～3.0)mg，选取香菇多糖硫酸酯和叠氮壳聚糖；

将香菇多糖硫酸酯溶解于浓度为0.14mol/L的NaCl溶液中，得到香菇多糖硫酸酯溶液，其中香菇多糖硫酸酯的浓度为1.0～2.0mg/mL；

配制含乙酸的NaCl溶液：将乙酸溶入0.14mol/L的NaCl溶液中，得到含乙酸的NaCl溶液，其中，所述NaCl溶液中含乙酸的浓度为0.6wt％(质量百分数)；将叠氮壳聚糖溶解于上述含乙酸的NaCl溶液中，得到叠氮壳聚糖溶液，其中叠氮壳聚糖的浓度1.5～3.0mg/mL；

6)在聚氨酯表面进行香菇多糖硫酸酯和叠氮壳聚糖的层层自组装：

将上述步骤4)得到的表面光化学固定壳聚糖的聚氨酯膜片基材加入到香菇多糖硫酸酯溶液中浸泡15～20分钟，然后分离出膜片(浸泡香菇多糖硫酸酯溶液后的表面光化学固定壳聚糖的聚氨酯膜片基材)用0.14mol/L NaCl溶液洗涤4～6次，制备出表面具有香菇多糖硫酸酯的膜片；再将该膜片(表面具有香菇多糖硫酸酯的膜片)加入到叠氮壳聚糖溶液中浸泡15～20分钟，分离出膜片用0.14mol/L NaCl溶液洗涤4～6次，然后再加入到香菇多糖硫酸酯溶液中浸泡15～20分钟，分离出膜片用0.14mol/L NaCl溶液洗涤4～6次，完成聚氨酯表面的第一个双分子层的自组装；

重复本步骤的上述过程，在叠氮壳聚糖溶液和香菇多糖硫酸酯溶液中分别交替自组装5次后，得到香菇多糖硫酸酯为最外层的含5个双分子层的表面层层自组装修饰的聚氨酯膜片，再用去离子水洗涤4～6次后，再将聚氨酯膜片在20～30℃的条件下真空干燥24～48小时，得到香菇多糖硫酸酯和叠氮壳聚糖层层自组装修饰的聚氨酯材料；

7)对表面层层自组装修饰的聚氨酯材料进行表面修饰层的光化学交联：

将上述步骤6)得到的香菇多糖硫酸酯和叠氮壳聚糖层层自组装修饰的聚氨酯材料在波长为365nm的紫外灯下辐照3～7分钟，然后用质量百分数为1wt％的乙酸溶液洗涤4～6次，再用去离子水洗涤4～6次，再在20～30℃的条件下真空干燥24～48小时，得到生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料PU/(AzCS-LS)₅。

本发明采用的层层自组装表面修饰的物质是生物多糖类物质，生物多糖类物质是来源于生物体的天然聚合物，具有良好的生物相容性和亲水性。香菇多糖及其衍生物表现出十分显著的抗肿瘤、免疫调节、抗病毒等多方面的生物活性；香菇多糖硫酸酯衍生物是一种带有磺酸基的类肝素物质，因此利用香菇多糖硫酸酯进行生物材料的表面修饰有利于提高被修饰材料的血液相容性。壳聚糖是一种碱性生物多糖，它具有良好的生物相容性和生物可降解性，以及广谱抗菌和抗感染作用，因此利用壳聚糖衍生物进行生物材料的表面修饰有利于提高被修饰材料的抗菌活性。

本发明的有益效果是：该方法制备的聚氨酯材料的表面具有良好的亲水性，以及具有良好的抑制大肠杆菌的抗菌活性，同时材料表面的血液相容性也得到改善。首先，本发明所采用的层层自组装表面修饰技术，具有一系列优点，例如制备条件温和，工艺简单，易于控制，可实现多种生物分子的表面修饰固定，可适用的基材种类多。其次，本发明所采用的光化学方法对自组装层进行交联，与化学交联方法相比，具有反应迅速，易于控制，适用范围广泛，可适用于大多数的生物医用高分子材料，基材和自组装层均能形成稳定的共价键连接，从而能够有效提高材料的层层自组装表面修饰层在生理环境中的稳定性等优点，并且有利于防止使用化学交联试剂对生物活性分子等修饰成分产生不利影响，有利于保持表面修饰层中的生物活性分子等修饰成分的生物活性。此外，本发明采用的层层自组装表面修饰的物质是生物多糖类物质，它们本身具有良好的生物相容性。香菇多糖硫酸酯是带有磺酸基的类肝素物质，磺酸基团在生理环境中带有较强的负电荷，有利于提高被修饰生物材料的抗凝血效果和血液相容性。壳聚糖是一种带有氨基的生物多糖，它具有无毒性、广谱抗菌性能和抗感染作用等优点，有利于提高被修饰材料的抗菌活性。因此，本发明提供的生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料，可以有效提高被修饰材料的表面性能和生物相容性，并且赋予被修饰材料特殊的生物活性例如抗菌活性等。

本发明制备得到的生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料能够在生物材料领域，该方法制备的聚氨酯材料的表面具有良好的亲水性，以及具有良好的抑制大肠杆菌的抗菌活性，同时材料表面的血液相容性也得到改善，在作为植入人体的人工移植材料、人造器官与器件的生物医用材料领域具有十分广泛的用途，特别适用于制备具有复杂形状结构的人造器官和装置的生物医用材料，同时该材料制备方法较简单，反应迅速，易于控制，制备条件温和，成本较低廉。

附图说明

图1是层层自组装与光化学交联修饰前后的聚氨酯材料表面的静态水接触角图，其中PU代表未经表面修饰的聚氨酯材料，PU/(AzCS-LS)₅代表香菇多糖硫酸酯(LS)为最外层的含有五个双分子层的层层自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料。

图2是层层自组装与光化学交联修饰前后的聚氨酯材料表面对大肠杆菌的抑制效果图，其中control代表未加样品的空白对照组，PU代表未经表面修饰的聚氨酯材料，PU/(AzCS-LS)₅代表香菇多糖硫酸酯(LS)为最外层的含有五个双分子层的层层自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料。

具体实施方式

生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料，它由基材和修饰层组成，基材由聚氨酯材料构成，修饰层是在该基材的表面先进行生物多糖衍生物的层层自组装，再利用光化学交联反应进行表面修饰而得到；其中，修饰层中含有在基材表面经过层层自组装和光化学交联的两种生物多糖衍生物——香菇多糖衍生物和壳聚糖衍生物。下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

一种生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料的制备方法，它包括如下具体步骤：

1)香菇多糖衍生物——香菇多糖硫酸酯的制备：

将0.6g香菇多糖加入装有50mL二甲基亚砜的反应容器中，在20℃下搅拌12小时，再以2mL/分钟的速度缓慢逐滴滴加吡啶9mL，继续搅拌30分钟，然后将反应容器置于冰浴中，搅拌下用恒压漏斗以0.5mL/分钟的速度逐滴缓慢滴加3.7mL氯磺酸，滴加完毕后升温至80℃继续搅拌反应100分钟，反应停止后冷却至室温，用质量百分数为5wt％的NaOH溶液调节pH至中性，再将所得反应液注入再生纤维素透析袋中，在pH为10的NaOH溶液中透析12小时，再用自来水流水透析4天，去离子水透析3天，然后将透析液旋转蒸发浓缩，最后经过冷冻干燥，得到白色粉末状的香菇多糖硫酸酯；

2)壳聚糖衍生物——光反应活性叠氮壳聚糖的制备：

将1g壳聚糖、0.35g1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、0.2g 4-叠氮苯甲酸加入装有100mL甲醇的反应容器中，在25℃下搅拌30分钟，再以2mL/分钟的速度缓慢逐滴滴加N，N，N’，N’-四甲基乙二胺0.75mL，继续搅拌72小时，反应停止后，将混合液倒入布氏漏斗中避光抽滤20分钟，再将得到的固体用甲醇洗涤4次，然后在25℃下避光真空干燥24小时，得到白色粉末状的叠氮壳聚糖。

3)聚氨酯膜片基材的制备：

首先将20g聚氨酯装入索氏提取器中先后用200mL甲苯以及200mL甲醇进行索氏提取36小时，得到纯化后的聚氨酯材料；将纯化后的6g聚氨酯材料溶于80mL N，N-二甲基甲酰胺中，待搅拌完全溶解后将溶液倒入平底成膜盘内，在65℃下干燥24小时，再真空干燥24小时，得到聚氨酯薄膜；

将上述聚氨酯薄膜切成直径为7.0mm、厚为0.5mm的圆形膜片，用甲苯超声清洗4次，再用无水乙醇超声清洗4次，在50℃真空干燥24小时，得到聚氨酯膜片基材PU。

4)聚氨酯膜片基材表面光化学固定壳聚糖：

将0.02g叠氮壳聚糖加入到20mL质量百分数为1wt％的乙酸溶液中，搅拌至充分溶解，得到叠氮壳聚糖的乙酸溶液，备用；

取叠氮壳聚糖的乙酸溶液75μL涂于聚氨酯膜片基材表面，在25℃下避光干燥24小时，然后用波长为365nm的紫外灯辐照5分钟，反应完成后，将基材用质量百分数为1wt％的乙酸溶液洗涤4次，再用去离子水反复洗涤4次，即得到表面光化学固定壳聚糖的聚氨酯，然后将其(表面光化学固定壳聚糖的聚氨酯)放入0.012mol/L的盐酸溶液中，搅拌30分钟，然后用去离子水洗涤4次，得到表面光化学固定壳聚糖的聚氨酯膜片基材。

5)香菇多糖硫酸酯溶液、叠氮壳聚糖溶液的制备：

将100mg香菇多糖硫酸酯溶解于100mL浓度为0.14mol/L的NaCl溶液中，得到香菇多糖硫酸酯溶液，其中香菇多糖硫酸酯的浓度为1.0mg/mL；

配制含乙酸的NaCl溶液：将0.6g乙酸溶入0.14mol/L的NaCl溶液100mL中，得到含乙酸的NaCl溶液，其中，所述NaCl溶液中含乙酸的浓度为质量百分数为0.6wt％；将150mg叠氮壳聚糖溶解于上述100mL含乙酸的NaCl溶液中，得到叠氮壳聚糖溶液，其中叠氮壳聚糖的浓度1.5mg/mL；

6)在聚氨酯表面进行香菇多糖硫酸酯和叠氮壳聚糖的层层自组装：

将上述步骤4)得到的表面光化学固定壳聚糖的聚氨酯膜片基材加入到香菇多糖硫酸酯溶液中浸泡20分钟，然后分离出膜片用0.14mol/L NaCl溶液洗涤4次，制备出表面具有香菇多糖硫酸酯的膜片；再将该膜片加入到叠氮壳聚糖溶液中浸泡20分钟，分离出膜片用0.14mol/L NaCl溶液洗涤4次，然后再加入到香菇多糖硫酸酯溶液中浸泡20分钟，分离出膜片用0.14mol/L NaCl溶液洗涤4次，完成聚氨酯表面的第一个双分子层的自组装；

重复本步骤的上述过程，在叠氮壳聚糖溶液和香菇多糖硫酸酯溶液中分别交替自组装5次后，得到香菇多糖硫酸酯为最外层的含5个双分子层的表面层层自组装修饰的聚氨酯膜片，再用去离子水洗涤4次后，再将聚氨酯膜片在30℃的条件下真空干燥24小时，得到香菇多糖硫酸酯和叠氮壳聚糖层层自组装修饰的聚氨酯材料。

7)对表面层层自组装修饰的聚氨酯材料进行表面修饰层的光化学交联：

将上述步骤6)得到的香菇多糖硫酸酯和叠氮壳聚糖层层自组装修饰的聚氨酯材料在波长为365nm的紫外灯下辐照5分钟，然后用质量百分数为1wt％的乙酸溶液洗涤4次，再用去离子水洗涤4次，再将聚氨酯膜片在30℃的条件下真空干燥24小时，得到生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料PU/(AzCS-LS)₅。

图1是层层自组装与光化学交联修饰前后的聚氨酯材料表面的静态水接触角图。测试过程为：在接触角测试仪(JJC-1型，长春第五光学仪器厂)上将20μL蒸馏水滴到待测聚氨酯膜片表面(待测聚氨酯膜片为实施例1中所得到的生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料)，待稳定后测出薄膜与水滴的左右两个夹角，每个样品测量6次，其平均值为最终的水接触角，其标准偏差为接触角的误差。从图1中可以看出，经过修饰的聚氨酯材料表面水接触角达为38.7°，而未经表面修饰的聚氨酯材料PU的水接触角为69.7°，说明生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料表面的亲水性增加。以上结果表明，经过生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料其表面具有良好的亲水性。

图2是层层自组装与光化学交联修饰前后的聚氨酯材料表面对大肠杆菌的抑制效果图。其测试过程参考中华人民共和国轻工行业标准：QB/T 2591-2003《抗菌塑料-抗菌性能测试方法和抗菌效果》。实验时采用连续转接2次的新鲜细菌培养物(24h内转接)，加入培养液中，依次做10倍递增稀释，选择菌液浓度为(5.0-10.0)×10⁵CFU/ml的稀释液作为试验用菌液。参考GB 4789.2《食品卫生微生物学检验菌落总数测定》的方法，在每个培养管中加入2ml菌液，分别加入5片表面修饰前后的聚氨酯膜片，而不加入膜片的培养管作为空白对照组，在37℃恒温振荡培养24小时后，用平板计数法计算出菌落数目。每组数据做两次平行实验，每个样品做三个平行抗菌测试。从图2中可以看出，control代表的未加入样品的空白培养基经过过夜培养后大肠杆菌的浓度为6.87×10⁸CFU/ml，未经修饰的聚氨酯材料PU经过过夜培养后的大肠杆菌浓度为6.76×10⁸CFU/ml，而经过层层自组装光交联后的聚氨酯材料PU/(AzCS-LS)₅过夜培养后的大肠杆菌浓度为3.39×10⁸CFU/ml，与未经修饰的聚氨酯材料PU相比，经过修饰的聚氨酯材料抗菌性能提高了49.1％。以上结果表明，经过层层自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料其表面具有良好的抑制大肠杆菌的抗菌活性。

表1是层层自组装与光化学交联修饰前后的聚氨酯材料表面的溶血试验结果，其中阳性对照代表未加膜片在蒸馏水中对照组，阴性对照代表未加膜片在生理盐水中对照组，PU代表未经表面修饰的聚氨酯材料，PU/(AzCS-LS)₅代表香菇多糖硫酸酯(LS)为最外层的含有五个双分子层的层层自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料。其测试过程参考中华人民共和国国家标准：GB/T 16175-2008《医用有机硅材料生物学评价试验方法》进行。将待测膜片放入含有10ml生理盐水的试管中，以10ml蒸馏水的试管为阳性对照，10ml生理盐水的试管为阴性对照，将试管分别放入37℃水浴中30min。将新鲜抗凝血液用生理盐水按4∶5稀释，然后向每个试管中加入0.2ml稀释的血液，在37℃恒温水浴中维持60min。然后以2500r/min离心10min。小心抽取上清液，紫外可见分光光度计(UV-7504，上海欣茂仪器有限公司)在545nm处测定其吸光度。每组数据做两次平行实验，每个样品做三个平行测试。溶血率计算公式为：[(D_样品-D_阴性)/(D_阳性-D_阴性)]×100％，其中D_样品代表测试样品的吸光度，D_阴性代表阴性对照的吸光度，D_阳性代表阳性对照的吸光度。从表1中可以看出未经修饰的聚氨酯材料PU的溶血率为0.95％，经过修饰的聚氨酯材料溶血率为0.08％，该结果说明经过层层自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料其表面血液相容性得到了明显的改善。

表1

实施例2：

一种生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料的制备方法，它包括如下具体步骤：

1)香菇多糖衍生物——香菇多糖硫酸酯的制备：

将1.2g香菇多糖加入装有100mL二甲基亚砜的反应容器中，在20℃下搅拌12小时，再以4mL/分钟的速度缓慢逐滴滴加吡啶18mL，继续搅拌30分钟，然后将反应容器置于冰浴中，搅拌下用恒压漏斗以1mL/分钟的速度逐滴缓慢滴加7.4mL氯磺酸，滴加完毕后升温至80℃继续搅拌反应120分钟，反应停止后冷却至室温，用质量百分数为5wt％的NaOH溶液调节pH至中性，再将所得反应液注入再生纤维素透析袋中，在pH为10的NaOH溶液中透析12小时，再用自来水流水透析4天，去离子水透析3天，然后将透析液旋转蒸发浓缩，最后经过冷冻干燥，得到白色粉末状的香菇多糖硫酸酯；

2)壳聚糖衍生物——光反应活性叠氮壳聚糖的制备：

将2g壳聚糖、0.7g 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、0.4g 4-叠氮苯甲酸加入装有200mL甲醇的反应容器中，在25℃下搅拌30分钟，再以2mL/分钟的速度缓慢逐滴滴加N，N，N’，N’-四甲基乙二胺1.5mL，继续搅拌72小时，反应停止后，将混合液倒入布氏漏斗中避光抽滤20分钟，再将得到的固体用甲醇洗涤4次，然后在25℃下避光真空干燥24小时，得到白色粉末状的叠氮壳聚糖。

3)聚氨酯膜片基材的制备：

首先将18g聚氨酯装入索氏提取器中先后用200mL甲苯以及200mL甲醇进行索氏提取36小时，得到纯化后的聚氨酯材料；将纯化后的6g聚氨酯材料溶于80mL N，N-二甲基甲酰胺中，待搅拌完全溶解后将溶液倒入平底成膜盘内，在65℃下干燥24小时，再真空干燥24小时，得到聚氨酯薄膜；

将上述聚氨酯薄膜切成直径为7.0mm、厚为0.5mm的圆形膜片，用甲苯超声清洗4次，再用无水乙醇超声清洗4次，在50℃真空干燥24小时，得到聚氨酯膜片基材PU。

4)聚氨酯膜片基材表面光化学固定壳聚糖：

将0.02g叠氮壳聚糖加入到20mL质量百分数为1wt％的乙酸溶液中，搅拌至充分溶解，得到叠氮壳聚糖的乙酸溶液，备用；

取叠氮壳聚糖的乙酸溶液75μL涂于聚氨酯膜片基材表面，在25℃下避光干燥24小时，然后用波长为365nm的紫外灯辐照6分钟，反应完成后，将基材用质量百分数为1wt％的乙酸溶液洗涤4次，再用去离子水反复洗涤4次，即得到表面光化学固定壳聚糖的聚氨酯，然后将其(表面光化学固定壳聚糖的聚氨酯)放入0.012mol/L的盐酸溶液中，搅拌30分钟，然后用去离子水洗涤4次，得到表面光化学固定壳聚糖的聚氨酯膜片基材。

5)香菇多糖硫酸酯溶液、叠氮壳聚糖溶液的制备：

将100mg香菇多糖硫酸酯溶解于100mL浓度为0.14mol/L的NaCl溶液中，得到香菇多糖硫酸酯溶液，其中香菇多糖硫酸酯的浓度为1.0mg/mL；

配制含乙酸的NaCl溶液：将0.6g乙酸溶入0.14mol/L的NaCl溶液100mL中，得到含乙酸的NaCl溶液，其中，所述NaCl溶液中含乙酸的浓度为质量百分数为0.6wt％；将150mg叠氮壳聚糖溶解于上述100ml含乙酸的NaCl溶液中，得到叠氮壳聚糖溶液，其中叠氮壳聚糖的浓度1.5mg/mL；

6)在聚氨酯表面进行香菇多糖硫酸酯和叠氮壳聚糖的层层自组装：

将上述步骤4)得到的表面光化学固定壳聚糖的聚氨酯加入到香菇多糖硫酸酯溶液中浸泡20分钟，然后分离出膜片用0.14mol/L NaCl溶液洗涤4次，制备出表面具有香菇多糖硫酸酯的膜片；再将该膜片加入到叠氮壳聚糖溶液中浸泡20分钟，分离出膜片用0.14mol/LNaCl溶液洗涤4次，然后再加入到香菇多糖硫酸酯溶液中浸泡20分钟，分离出膜片用0.14mol/L NaCl溶液洗涤4次，完成聚氨酯表面的第一个双分子层的自组装；

重复上述过程，在叠氮壳聚糖溶液和香菇多糖硫酸酯溶液中分别交替自组装5次后，得到香菇多糖硫酸酯为最外层的含5个双分子层的表面层层自组装修饰的聚氨酯膜片，再用去离子水洗涤4次后，再将聚氨酯膜片在30℃的条件下真空干燥24小时，得到香菇多糖硫酸酯和叠氮壳聚糖层层自组装修饰的聚氨酯材料。

7)对表面层层自组装修饰的聚氨酯材料进行表面修饰层的光化学交联：

将上述步骤6)得到的香菇多糖硫酸酯和叠氮壳聚糖层层自组装修饰的聚氨酯材料在波长为365nm的紫外灯下辐照6分钟，然后用质量百分数为1wt％的乙酸溶液洗涤4次，再用去离子水洗涤4次，再将聚氨酯膜片在30℃的条件下真空干燥24小时，得到生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料PU/(AzCS-LS)₅。

实施例3：

一种生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料的制备方法，它包括如下具体步骤：

1)香菇多糖衍生物——香菇多糖硫酸酯的制备：

将0.6g香菇多糖加入装有50mL二甲基亚砜的反应容器中，在30℃下搅拌18小时，再以4mL/分钟的速度缓慢逐滴滴加吡啶9mL，继续搅拌40分钟，然后将反应容器置于冰浴中，搅拌下用恒压漏斗以1.0mL/分钟的速度逐滴缓慢滴加3.7mL氯磺酸，滴加完毕后升温至85℃继续搅拌反应120分钟，反应停止后冷却至室温，用质量百分数为10wt％的NaOH溶液调节pH至中性，再将所得反应液注入再生纤维素透析袋中，在pH为10的NaOH溶液中透析18小时，再用自来水流水透析6天，去离子水透析5天，然后将透析液旋转蒸发浓缩，最后经过冷冻干燥，得到白色粉末状的香菇多糖硫酸酯；

2)壳聚糖衍生物——光反应活性叠氮壳聚糖的制备：

将1g壳聚糖、0.35g 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、0.2g 4-叠氮苯甲酸加入装有100mL甲醇的反应容器中，在30℃下搅拌15分钟，再以4mL/分钟的速度缓慢逐滴滴加N，N，N’，N’-四甲基乙二胺0.75mL，继续搅拌48小时，反应停止后，将混合液倒入布氏漏斗中避光抽滤30分钟，再将得到的固体用甲醇洗涤6次，然后在30℃下避光真空干燥48小时，得到白色粉末状的叠氮壳聚糖。

3)聚氨酯膜片基材的制备：

首先将21g聚氨酯装入索氏提取器中先后用200mL甲苯以及200mL甲醇进行索氏提取48小时，得到纯化后的聚氨酯材料；将纯化后的6g聚氨酯材料溶于80mL N，N-二甲基甲酰胺中，待搅拌完全溶解后将溶液倒入平底成膜盘内，在60℃下干燥48小时，再真空干燥48小时，得到聚氨酯薄膜；

将上述聚氨酯薄膜切成直径为7.0mm、厚为0.5mm的圆形膜片，用甲苯超声清洗6次，再用无水乙醇超声清洗6次，在40℃真空干燥48小时，得到聚氨酯膜片基材PU。

4)聚氨酯膜片基材表面光化学固定壳聚糖：

将0.01g叠氮壳聚糖加入到10mL质量百分数为1wt％的乙酸溶液中，搅拌至充分溶解，得到叠氮壳聚糖的乙酸溶液，备用；

取叠氮壳聚糖的乙酸溶液75μL涂于聚氨酯膜片基材表面，在30℃下避光干燥36小时，然后用波长为365nm的紫外灯辐照7分钟，反应完成后，将基材用质量百分数为1wt％的乙酸溶液洗涤6次，再用去离子水反复洗涤6次，即得到表面光化学固定壳聚糖的聚氨酯，然后将其(表面光化学固定壳聚糖的聚氨酯)放入0.012mol/L的盐酸溶液中，搅拌15分钟，然后用去离子水洗涤6次，得到表面光化学固定壳聚糖的聚氨酯膜片基材。

5)香菇多糖硫酸酯溶液、叠氮壳聚糖溶液的制备：

将200mg香菇多糖硫酸酯溶解于200mL浓度为0.14mol/L的NaCl溶液中，得到香菇多糖硫酸酯溶液，其中香菇多糖硫酸酯的浓度为1.0mg/mL；

配制含乙酸的NaCl溶液：将1.2g乙酸溶入0.14mol/L的NaCl溶液200mL中，得到含乙酸的NaCl溶液，其中，所述NaCl溶液中含乙酸的浓度为质量百分数为0.6wt％；将300mg叠氮壳聚糖溶解于上述200ml含乙酸的NaCl溶液中，得到叠氮壳聚糖溶液，其中叠氮壳聚糖的浓度1.5mg/mL；

6)在聚氨酯表面进行香菇多糖硫酸酯和叠氮壳聚糖的层层自组装：

将上述步骤4)得到的表面光化学固定壳聚糖的聚氨酯加入到香菇多糖硫酸酯溶液中浸泡15分钟，然后分离出膜片用0.14mol/L NaCl溶液洗涤6次，制备出表面具有香菇多糖硫酸酯的膜片；再将该膜片加入到叠氮壳聚糖溶液中浸泡15分钟，分离出膜片用0.14mol/LNaCl溶液洗涤6次，然后再加入到香菇多糖硫酸酯溶液中浸泡15分钟，分离出膜片用0.14mol/L NaCl溶液洗涤6次，完成聚氨酯表面的第一个双分子层的自组装；

重复上述过程，在叠氮壳聚糖溶液和香菇多糖硫酸酯溶液中分别交替自组装5次后，得到香菇多糖硫酸酯为最外层的含5个双分子层的表面层层自组装修饰的聚氨酯膜片，再用去离子水洗涤6次后，再将聚氨酯膜片在20℃的条件下真空干燥48小时，得到香菇多糖硫酸酯和叠氮壳聚糖层层自组装修饰的聚氨酯材料。

7)对表面层层自组装修饰的聚氨酯材料进行表面修饰层的光化学交联：

将上述步骤6)得到的香菇多糖硫酸酯和叠氮壳聚糖层层自组装修饰的聚氨酯材料在波长为365nm的紫外灯下辐照7分钟，然后用质量百分数为1wt％的乙酸溶液洗涤6次，再用去离子水洗涤6次，再将聚氨酯膜片在20℃的条件下真空干燥48小时，得到生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料PU/(AzCS-LS)₅。

实施例4：

与实施例3基本相同，不同之处在于步骤5)，香菇多糖硫酸酯溶液、叠氮壳聚糖溶液的制备：

按香菇多糖硫酸酯∶叠氮壳聚糖＝1.0mg∶3.0mg，选取香菇多糖硫酸酯和叠氮壳聚糖；

将香菇多糖硫酸酯溶解于浓度为0.14mol/L的NaCl溶液中，得到香菇多糖硫酸酯溶液，其中香菇多糖硫酸酯的浓度为2.0mg/mL；

配制含乙酸的NaCl溶液：将乙酸溶入0.14mol/L的NaCl溶液中，得到含乙酸的NaCl溶液，其中，所述NaCl溶液中含乙酸的浓度为0.6wt％(质量百分数)；将叠氮壳聚糖溶解于上述含乙酸的NaCl溶液中，得到叠氮壳聚糖溶液，其中叠氮壳聚糖的浓度3.0mg/mL。

本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (2)

1.生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料，其特征在于它由基材和修饰层组成，基材由聚氨酯材料构成，修饰层是在该基材的表面先进行生物多糖衍生物的层层自组装，再利用光化学交联反应进行表面修饰而得到；其中，修饰层中含有在基材表面经过层层自组装和光化学交联的两种生物多糖衍生物——香菇多糖衍生物和壳聚糖衍生物。

2.如权利要求1所述的生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)香菇多糖衍生物——香菇多糖硫酸酯的制备：

按香菇多糖∶二甲基亚砜∶吡啶∶氯磺酸＝(0.6～1.2)g∶(50～100)mL∶(9～18)mL∶(3.7～7.4)mL，选取香菇多糖、二甲基亚砜、吡啶和氯磺酸，备用；

将香菇多糖加入装有二甲基亚砜的反应容器中，在20～30℃下搅拌12～18小时，再以2～4mL/分钟的速度缓慢逐滴滴加吡啶，继续搅拌30～40分钟，然后将反应容器置于冰浴中，搅拌下用恒压漏斗以0.5～1mL/分钟的速度逐滴缓慢滴加氯磺酸，滴加完毕后升温至75～85℃继续搅拌反应100～120分钟，反应停止后冷却至室温，用质量百分数为1～10wt％的NaOH溶液调节pH至中性，得到反应液；再将所得反应液注入再生纤维素透析袋中，在pH为10的NaOH溶液中透析12～18小时，再用自来水流水透析4～6天，去离子水透析3～5天，然后将透析液旋转蒸发浓缩，最后经过冷冻干燥，得到香菇多糖硫酸酯；

2)壳聚糖衍生物——光反应活性的叠氮壳聚糖的制备：

按壳聚糖∶1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐∶4-叠氮苯甲酸∶甲醇∶N，N，N’，N’-四甲基乙二胺＝(1～2)g∶(0.35～0.7)g∶(0.2～0.4)g∶(100～200)mL∶(0.75～1.5)mL，选取壳聚糖、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、4-叠氮苯甲酸、甲醇和N，N，N’，N’-四甲基乙二胺；

将壳聚糖、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、4-叠氮苯甲酸加入装有甲醇的反应容器中，在20～30℃下搅拌15～30分钟，再以2～4mL/分钟的速度缓慢逐滴滴加N，N，N’，N’-四甲基乙二胺，继续搅拌48～72小时，反应停止后，得到混合液；将混合液倒入布氏漏斗中避光抽滤20～30分钟，再将得到的固体用甲醇洗涤4～6次，然后在20～30℃下避光真空干燥24～48小时，得到叠氮壳聚糖；

3)聚氨酯膜片基材的制备：

按聚氨酯∶甲苯∶甲醇＝(18～21)g∶200mL∶200mL，选取聚氨酯、甲苯和甲醇，首先将聚氨酯装入索氏提取器中先后用甲苯以及甲醇进行索氏提取36～48小时，得到纯化后的聚氨酯材料；将纯化后的聚氨酯材料溶于N，N-二甲基甲酰胺中，待搅拌完全溶解后将溶液倒入平底成膜盘内，在60～65℃下干燥24～48小时，再真空干燥24～48小时，得到聚氨酯薄膜；

将上述聚氨酯薄膜切成圆形膜片，用甲苯超声清洗4～6次，再用无水乙醇超声清洗4～6次，在40～50℃真空干燥24～48小时，得到聚氨酯膜片基材；

4)聚氨酯膜片基材表面光化学固定壳聚糖：

按叠氮壳聚糖∶乙酸溶液＝(0.01～0.02)g∶(10～20)mL，选取叠氮壳聚糖和乙酸溶液，其中乙酸溶液的质量百分数为1wt％，将叠氮壳聚糖加入到乙酸溶液中，搅拌至充分溶解，得到叠氮壳聚糖的乙酸溶液，备用；

取叠氮壳聚糖的乙酸溶液涂于聚氨酯膜片基材表面，在20～30℃下避光干燥24～36小时，然后用波长为365nm的紫外灯辐照3～7分钟，反应完成后，将聚氨酯膜片基材用质量百分数为1wt％的乙酸溶液洗涤4～6次，再用去离子水反复洗涤4～6次；然后放入0.012mol/L的盐酸溶液中，搅拌15～30分钟，然后用去离子水洗涤4～6次，得到表面光化学固定壳聚糖的聚氨酯膜片基材；

5)香菇多糖硫酸酯溶液、叠氮壳聚糖溶液的制备：

按香菇多糖硫酸酯∶叠氮壳聚糖＝(1.0～2.0)mg∶(1.5～3.0)mg，选取香菇多糖硫酸酯和叠氮壳聚糖；

将香菇多糖硫酸酯溶解于浓度为0.14mol/L的NaCl溶液中，得到香菇多糖硫酸酯溶液，其中香菇多糖硫酸酯的浓度为1.0～2.0mg/mL；

配制含乙酸的NaCl溶液：将乙酸溶入0.14mol/L的NaCl溶液中，得到含乙酸的NaCl溶液，其中，所述NaCl溶液中含乙酸的浓度为0.6wt％；将叠氮壳聚糖溶解于上述含乙酸的NaCl溶液中，得到叠氮壳聚糖溶液，其中叠氮壳聚糖的浓度1.5～3.0mg/mL；

6)在聚氨酯表面进行香菇多糖硫酸酯和叠氮壳聚糖的层层自组装：

将上述步骤4)得到的表面光化学固定壳聚糖的聚氨酯膜片基材加入到香菇多糖硫酸酯溶液中浸泡15～20分钟，然后分离出膜片用0.14mol/L NaCl溶液洗涤4～6次，制备出表面具有香菇多糖硫酸酯的膜片；再将该膜片加入到叠氮壳聚糖溶液中浸泡15～20分钟，分离出膜片用0.14mol/L NaCl溶液洗涤4～6次，然后再加入到香菇多糖硫酸酯溶液中浸泡15～20分钟，分离出膜片用0.14mol/L NaCl溶液洗涤4～6次，完成聚氨酯表面的第一个双分子层的自组装；

重复本步骤的上述过程，在叠氮壳聚糖溶液和香菇多糖硫酸酯溶液中分别交替自组装5次后，得到香菇多糖硫酸酯为最外层的含5个双分子层的表面层层自组装修饰的聚氨酯膜片，再用去离子水洗涤4～6次后，再将聚氨酯膜片在20～30℃的条件下真空干燥24～48小时，得到香菇多糖硫酸酯和叠氮壳聚糖层层自组装修饰的聚氨酯材料；

7)对表面层层自组装修饰的聚氨酯材料进行表面修饰层的光化学交联：

将上述步骤6)得到的香菇多糖硫酸酯和叠氮壳聚糖层层自组装修饰的聚氨酯材料在波长为365nm的紫外灯下辐照3～7分钟，然后用质量百分数为1wt％的乙酸溶液洗涤4～6次，再用去离子水洗涤4～6次，再在20～30℃的条件下真空干燥24～48小时，得到生物多糖衍生物自组装与光化学交联修饰的聚氨酯材料。

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