CN102702555B - 一种聚四氟乙烯纳米化新型人造血管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚四氟乙烯纳米化新型材料及其制备方法，所述的新型材料的制备方法是在聚四氟乙烯基底上层层自组装功能化MWNT薄膜。本发明还提供一种聚四氟乙烯纳米化新型人造血管及其制备方法。本发明优点在于：本发明在经过PDDA预处理的PTEF基底上通过层层自组装得到MWNT薄膜，这种简便的制备方法能很好地改善基底材料的性能，将使以PTFE为基底的层层自组装MWNT薄膜得到更为广泛地应用；多壁碳纳米管与临床目前大量使用的PTFE血管材料相结合，在动物实验中可以减轻人造血管植入术后血管内膜增生程度，提高血管的通畅率，为临床上提高人造血管植入手术的疗效提供了一种可行的方法。

Description

一种聚四氟乙烯纳米化新型人造血管及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种人造血管及其制备方法，具体地说，是一种聚四氟乙烯纳米化新型人造血管及其制备方法。

背景技术

自1991年被发现以来，碳纳米管(CNTs)由于其优异的机械性能、热性能、化学稳定性以及电学性能，受到了广泛的关注。CNTs作为一种新颖的一维纳米材料，在场致发射、纳米电子器件、纳米机械、复合增强材料、储氢材料、生物医学等众多领域具有广泛的应用前景。

CNTs是制备功能薄膜最理想的材料之一。近年来，基于CNTs的聚合物纳米复合材料已经得到了一定的发展，但是由于CNTs之间强烈的范德华力作用,使得CNTs在溶液中容易发生团聚作用而沉淀，这样就很大程度上局限了CNTs在溶液中的应用。目前已经有多种CNTs表面修饰的方法用于分散CNTs，包括利用强酸化学功能作用、聚合物对CNTs的包覆作用以及CNTs侧壁与芳香基团的π-π键相互作用。

采用层层自组装的方法来将分散好的CNTs组装成膜是一种很简单可行的方法，该方法只需将基底连续重复地浸入到含有功能化材料的离子溶液中。这种技术可以在不同形状的基底表面制备厚度不同的薄膜。最近，一些有关静电层层自组装的研究采用将聚合物与CNTs间隔组装的方式，得到了相对于传统电极而言更加完善的网络结构，并且通过阻止相分离增强了机械性能，实现了真正一致的纳米级混合物。

层层自组装MWNT薄膜采用的基底大多为导电性较好的硅片，也有采用PDMS、PEI以及PI等聚合物作为基底材料。关于以聚四氟乙烯（PTFE）作为基底的研究鲜有报道。PTFE是最早实现工业化的塑料品种之一，由于它具有突出的化学稳定性，广泛的使用温度范围，以及极佳的热稳定性，被广泛应用于各种化工、机械、电气、建筑、医疗行业，但因PTFE导热性差以及电绝缘，从而其应用受到了一定的限制。

中国专利文献CN1386792A公开了一种含有碳纳米管的聚四氟乙烯耐磨复合材料，按体积百分比，碳纳米管在复合材料中的含量在1-40%，该发明的复合材料具有极高的耐磨性能。中国专利文献CN102181155A公开了一种聚四氟乙烯及功能化碳纤维改性聚酰亚胺树脂复合材料的制备方法，将碳纳米管经过羧基化功能化后，在碳纳米管上引入二元胺或多元胺，再将氨基化的碳纳米管与表面经过羧基化的碳纤维反应，得到表面接枝有碳纳米管的碳纤维，将表面接枝有碳纳米管的碳纤维进行后氨化处理，引入二元胺或多元胺，得到氨基化的碳纤维表面接枝有碳纳米管的增强体，将聚四氟乙烯与聚酰亚胺树脂混合搅拌均匀，再与功能化的碳纤维增强体复合，得到聚四氟乙烯及功能化碳纤维改性的聚酰亚胺树脂复合材料。但是关于一种聚四氟乙烯纳米化新型人造血管及其制备方法目前还未见报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种聚四氟乙烯纳米化新型材料。

本发明的第二个目的是，提供一种聚四氟乙烯纳米化新型材料的制备方法。

本发明的第三个目的是，提供一种聚四氟乙烯纳米化新型人造血管。

本发明的第四个目的是，提供一种聚四氟乙烯纳米化新型人造血管的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种聚四氟乙烯纳米化新型材料，所述的新型材料的制备方法包括以下步骤：将多壁碳纳米管通过羧酸化以及氨基化处理，分别得到功能化的MWNT-COOH和MWNT-NH₂，然后在聚四氟乙烯基底上层层自组装功能化MWNT薄膜。

所述的新型材料的制备方法包括以下步骤：

（1）多壁碳纳米管的功能化处理：首先将MWNTs分散于浓H₂SO₄/浓HNO₃混合溶液中，其中浓H₂SO₄和浓HNO₃的体积比3/1，置于70℃条件下搅拌4h；然后将所得到的MWNT-COOH重复用水洗直至中性，在70℃下真空干燥12h；接下来70℃下，将干燥的MWNT-COOH加至SOCl₂中搅拌回流反应24h，反应完全后蒸发掉剩余的SOCl₂，立即将酰氯化的MWNTs加至NH₂(CH₂)₂NH₂中，在70℃下搅拌回流反应48h；然后分别用乙醇溶液以及水将所得到的MWNT-NH₂滤洗多次，在70℃下真空干燥24h备用；

（2）在聚四氟乙烯基底上层层自组装MWNT薄膜：将干燥的MWNT-COOH与MWNT-NH₂粉末分散在水中，超声处理多小时直至形成稳定0.5mg/ml的分散液；将PTFE基底分别用水以及乙醇清洗，置于空气下干燥；再于等离子辉光下处理90s，使其表面处于激活状态；立即将等离子体处理过的基底在含有0.5M NaCl的PDDA离子溶液(15mg/ml)中浸泡10min，然后用去离子水冲洗干净，N₂吹干；再将基底在MWNT-COOH悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干，然后再将基底在MWNT-NH₂悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干，这样的循环重复多次得到MWNT薄膜理想的层数。

为实现上述第二个目的，本发明采取的技术方案是：一种聚四氟乙烯纳米化新型材料的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：将多壁碳纳米管通过羧酸化以及氨基化处理，分别得到功能化的MWNT-COOH和MWNT-NH₂，然后在聚四氟乙烯基底上层层自组装功能化MWNT薄膜。

所述的制备方法包括以下步骤：

（1）多壁碳纳米管的功能化处理：首先将MWNTs分散于浓H₂SO₄/浓HNO₃混合溶液中，其中浓H₂SO₄和浓HNO₃的体积比3/1，置于70℃条件下搅拌4h；然后将所得到的MWNT-COOH重复用水洗直至中性，在70℃下真空干燥12h；接下来70℃下，将干燥的MWNT-COOH加至SOCl₂中搅拌回流反应24h，反应完全后蒸发掉剩余的SOCl₂，立即将酰氯化的MWNTs加至NH₂(CH₂)₂NH₂中，在70℃下搅拌回流反应48h；然后分别用乙醇溶液以及水将所得到的MWNT-NH₂滤洗多次，在70℃下真空干燥24h备用；

（2）在聚四氟乙烯基底上层层自组装MWNT薄膜：将干燥的MWNT-COOH与MWNT-NH₂粉末分散在水中，超声处理多小时直至形成稳定0.5mg/ml的分散液；将PTFE基底分别用水以及乙醇清洗，置于空气下干燥；再于等离子辉光下处理90s，使其表面处于激活状态；立即将等离子体处理过的基底在含有0.5M NaCl的PDDA离子溶液(15mg/ml)中浸泡10min，然后用去离子水冲洗干净，N₂吹干；再将基底在MWNT-COOH悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干，然后再将基底在MWNT-NH₂悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干，这样的循环重复多次得到MWNT薄膜理想的层数。

为实现上述第三个目的，本发明采取的技术方案是：一种聚四氟乙烯纳米化新型人造血管，所述的人造血管的制备方法包括以下步骤：将多壁碳纳米管通过羧酸化以及氨基化处理，分别得到功能化的MWNT-COOH和MWNT-NH₂，然后在聚四氟乙烯血管内表面层层自组装功能化MWNT薄膜制成PTFE-MWNT人造血管。

所述的人造血管的制备方法包括以下步骤：

（1）多壁碳纳米管的功能化处理：首先将MWNTs分散于浓H₂SO₄/浓HNO₃混合溶液中，其中浓H₂SO₄和浓HNO₃的体积比3/1，置于70℃条件下搅拌4h；然后将所得到的MWNT-COOH重复用水洗直至中性，在70℃下真空干燥12h；接下来70℃下，将干燥的MWNT-COOH加至SOCl₂中搅拌回流反应24h，反应完全后蒸发掉剩余的SOCl₂，立即将酰氯化的MWNTs加至NH₂(CH₂)₂NH₂中，在70℃下搅拌回流反应48h；然后分别用乙醇溶液以及水将所得到的MWNT-NH₂滤洗多次，在70℃下真空干燥24h备用；

（2）在聚四氟乙烯基底上层层自组装MWNT薄膜：将干燥的MWNT-COOH与MWNT-NH₂粉末分散在水中，超声处理多小时直至形成稳定0.5mg/ml的分散液；将PTFE血管分别用水以及乙醇清洗，置于空气下干燥；再于等离子辉光下处理90s，使其表面处于激活状态；立即将等离子体处理过的基底在含有0.5M NaCl的PDDA离子溶液(15mg/ml)中浸泡10min，然后用去离子水冲洗干净，N₂吹干；再将基底在MWNT-COOH悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干，然后再将基底在MWNT-NH₂悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干，这样的循环重复多次得到MWNT薄膜理想的层数。

为实现上述第四个目的，本发明采取的技术方案是：一种聚四氟乙烯纳米化新型人造血管的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：将多壁碳纳米管通过羧酸化以及氨基化处理，分别得到功能化的MWNT-COOH和MWNT-NH₂，然后在聚四氟乙烯血管内表面层层自组装功能化MWNT薄膜制成PTFE-MWNT人造血管。

所述的制备方法包括以下步骤：

（1）多壁碳纳米管的功能化处理：首先将MWNTs分散于浓H₂SO₄/浓HNO₃混合溶液中，其中浓H₂SO₄和浓HNO₃的体积比3/1，置于70℃条件下搅拌4h；然后将所得到的MWNT-COOH重复用水洗直至中性，在70℃下真空干燥12h；接下来70℃下，将干燥的MWNT-COOH加至SOCl₂中搅拌回流反应24h，反应完全后蒸发掉剩余的SOCl₂，立即将酰氯化的MWNTs加至NH₂(CH₂)₂NH₂中，在70℃下搅拌回流反应48h；然后分别用乙醇溶液以及水将所得到的MWNT-NH₂滤洗多次，在70℃下真空干燥24h备用；

（2）在聚四氟乙烯基底上层层自组装MWNT薄膜：将干燥的MWNT-COOH与MWNT-NH₂粉末分散在水中，超声处理多小时直至形成稳定0.5mg/ml的分散液；将PTFE血管分别用水以及乙醇清洗，置于空气下干燥；再于等离子辉光下处理90s，使其表面处于激活状态；立即将等离子体处理过的基底在含有0.5M NaCl的PDDA离子溶液(15mg/ml)中浸泡10min，然后用去离子水冲洗干净，N₂吹干；再将基底在MWNT-COOH悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干，然后再将基底在MWNT-NH₂悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干，这样的循环重复多次得到MWNT薄膜理想的层数。

本发明优点在于：

1、本发明在经过PDDA预处理的PTEF基底上通过层层自组装得到MWNT薄膜，这种沉积于柔性基底表面的薄膜具有均一、密度可控等优点，沉积了MWNT薄膜后，也使本身电学性能不佳的PTFE基底的电性能在一定程度上得到很大的改善，这种简便的制备方法能很好地改善基底材料的性能，将使以PTFE为基底的层层自组装MWNT薄膜得到更为广泛地应用；

2、多壁碳纳米管与临床目前大量使用的PTFE血管材料相结合，在动物实验中可以减轻人造血管植入术后血管内膜增生程度，提高血管的通畅率，为临床上提高人造血管植入手术的疗效提供了一种可行的方法。

附图说明

图1. MWNTs的层层自组装过程，(a)制备带负电MWNT-COOH/PDDA/PTFE基底的示意图；(b)在功能化的PTFE基底上组装薄膜的示意图；(c) [MWNT-COOH/MWNT-NH₂]n/PDDA/PTFE基底的示意图。

图2. 功能化前后MWNTs分散在水中的实物图及红外光谱图，(a)分散在水中的纯MWNTs以及功能化MWNTs的示意图，左：纯MWNTs；中：MWNT-COOH；右：MWNT-NH₂；(b) MWNTs和功能化MWNTs的红外光谱图。

图3. PTFE基底以及功能化前后MWNTs分散在水中的SEM图，(a) PTFE基底；(b) 纯MWNTs；(c) MWNT-COOH；(d) MWNT-NH₂；所有的MWNTs均分散在水中。

图4. PDDA预处理前后的实验结果，(a)、(b)经过PDDA预处理的PTFE基底；(c)、(d)未经过PDDA处理的PTFE基底。层层自组装层数均为4。

图5. 层层自组装不同层数MWNT薄膜的实验结果，(a-f) (MWNT-COOH/ MWNT-NH₂)_n薄膜的SEM图；(g)不同层层自组装层数PTFE基底的数字照片；(h) (MWNT-COOH/ MWNT-NH₂)_n的I-V特征曲线；n代表MWNTs薄膜的层层自组装层数。

图6. 术后3个月 ×200。A：PTFE-MWNT血管，B：PTFE血管。PTFE-MWNT血管的内皮比较完整，管壁内淋巴细胞浸润较少；而PTFE血管内膜形成不完整，管壁内有大量淋巴细胞浸润。

图7. 术后9个月 ×100。A：PTFE-MWNT血管，B：PTFE血管。PTFE-MWNT血管的内膜增生和管腔狭窄较轻；而PTFE血管内膜严重增生，管腔狭窄重。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。

实施例1  PTFE-MWNT的制备

1  实验

1.1 原料与试剂

MWNTs(深圳市纳米港有限公司)纯度大于90%，直接使用。PDDA溶液(分子量：200,000-350,000,美国Sigma-Aldrich公司)，配成15mg/ml的离子溶液。PTFE取自美国进口PTFE人造血管材料，用砂纸摩擦并用丙酮处理后剪成1cm²大小后直接使用。其它化学药品和试剂均为分析纯。实验过程中使用的水都为去离子水。

1.2 多壁碳纳米管的功能化处理

首先将MWNTs分散于浓H₂SO₄/浓HNO₃(3/1,v/v)混合溶液中，置于70℃条件下搅拌4h。然后将所得到的MWNT-COOH重复用水洗直至中性，在70℃下真空干燥12h。接下来70℃下，将干燥的MWNT-COOH加至SOCl₂中搅拌回流反应24h，反应完全后蒸发掉剩余的SOCl₂，立即将酰氯化的MWNTs加至NH₂(CH₂)₂NH₂中，在70℃下搅拌回流反应48h。然后分别用乙醇溶液以及水将所得到的MWNT-NH₂滤洗多次，在70℃下真空干燥24h备用。

1.3 在聚四氟乙烯基底上层层自组装MWNT薄膜

将干燥的MWNT-COOH与MWNT-NH₂粉末分散在水中，超声处理多小时直至形成稳定的分散液(0.5mg/ml)。将PTFE膜分别用水以及乙醇清洗，置于空气下干燥。再于等离子辉光下处理90s，使其表面处于激活状态。立即将等离子体处理过的基底在含有0.5M NaCl的PDDA离子溶液(15mg/ml)中浸泡10min，然后用去离子水冲洗干净，N₂吹干。再将基底在MWNT-COOH悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干。然后再将基底在MWNT-NH₂悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干。这样的循环重复多次得到MWNT薄膜理想的层数。如图1所示。

1.4 试样表征

采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR，德国Bruker公司)测定功能化MWNTs的表面基团。利用场效应扫描电镜(SEM,Carl Zeiss Ultra 55)表征MWNTs薄膜的表面形态和质量。使用精密半导体参数分析器(Agilent 4156C)来测量组装上MWNTs薄膜的PTFE基底的导电性。所有的测量均在室温条件下进行。

2  结果与讨论

2.1 分散性与FT-IR分析表面功能化MWNTs

图2(a)为功能化处理前后的MWNTs在水中的分散情况，从图中可看出未功能化处理的MWNTs在水中沉淀，而通过羧酸化以及氨基化处理后MWNTs能在水中形成均一、稳定的分散液。这种现象可以间接的说明MWNTs在功能化处理后成功地引入了功能基团，并为MWNTs在层层自组装过程中的应用提供了便利条件。

用傅里叶红外光谱分析了纯MWNTs、MWNT-COOH和MWNT-NH₂表面的官能团情况。图2(b)是功能化处理前后的MWNTs的红外光谱图，其中曲线A即氧化处理前，在1700cm^-1左右没有明显的峰出现。而曲线B在1700cm^-1左右出现明显的吸收峰，这表明混酸处理MWNTs引入了羧基基团，1150cm^-1左右的吸收峰为C-O，同样可以证明羧基基团的存在。而对比曲线C发现，后者出现了几处新峰，647cm^-1、1670cm^-1左右出现的吸收峰分别对应于酰胺的N-H的伸缩振动，这些新出现的峰说明了酰胺键的形成。

2.2 层层自组装MWNT薄膜的表面形貌

通过表面化学功能化作用使MWNTs带正、负电,从而可以应用于层层自组装体系。强酸氧化作用在MWNTs表面形成-COOH，在水溶液中MWNTs表面的-COOH形成羧酸根阴离子(COO^-)，使MWNTs带负电。氨基化作用使MWNTs表面形成- NH₂，在水溶液中质子化从而使MWNTs带正电。采用Zeta电位仪来表征化学功能化MWNTs的表面电荷，经测得MWNT-COOH和MWNT-NH₂的表面电位分别为-58.2mv和27.5mv。

图3分别是PTFE膜、MWNTs、MWNT-COOH和MWNT-NH₂的SEM图，其中，由图3(a)可以看出PTFE的表面结构并不是完全平整的，而是由许多丝状聚合物连接构成的网状结构。这种结构更有利于MWNT薄膜的组装，因为若只是平面结构的话，MWNTs只会推积平面上，而较多的丝状结构会增加材料的表面积，那样就会沉积更多的MWNTs，也能更好地达到增强PTFE材料导电性的效果。图3(b)、(c)、(d)分别为纯的MWNTs、MWNT-COOH以及MWNT-NH₂在水中超声分散后的SEM图，从图中本发明可以观察到未功能化的MWNTs在水中超声分散后仍旧有团聚现象，机械完整性不佳，导致在自组装的应用中难以控制薄膜的厚度以及薄膜的密集性，从而无法充分利用MWNTs本身的表面积。而功能化后的MWNTs却能看到均匀的分布，团聚现象明显消失，并且MWNTs随机地分布在基底上，随之出现许多纳米级孔洞。因此，本发明可以充分利用功能化后的MWNTs这种良好的分散性，使得MWNTs能够均匀地组装在不同的基底材料上。

2.2.1 PDDA处理与未用PDDA处理基底的层层自组装MWNT薄膜

PDDA作为先驱层增强了MWNTs接下来的沉积, 其中添加0.5M NaCl是为了增强PDDA离子溶液的离子强度以及聚离子的吸附作用。由于静电吸附作用，带负电的MWNT-COOH较容易地吸附在经过PDDA处理的基底上，如图1(a)(c)所示。图4分别是经过PDDA处理和未经过PDDA处理基底的层层自组装MWNT薄膜的SEM图，从图中可以明显的观察到经PDDA处理过的MWNT薄膜形貌更容易观察，即表面覆盖的 MWNTs比未经PDDA处理过的层层自组装MWNT薄膜明显更多一些，有力地说明了经PDDA处理后对自组装的效果会更加明显，从而导电性也会更高一些。

2.2.2 不同层数层层自组装MWNT薄膜

图5(a-f)为不同层数功能化MWNT薄膜的SEM图，所有的图清晰地显示了薄膜表面的MWNTs形成了互相连接的网状结构。从图中可以看到，随着n的增加，网状结构越加密集，当n=4时，透过薄膜表面很难看到基底，基底几乎完全被MWNTs所覆盖；而当n=5时，已经完全看不到基底平面了，基底完全被MWNTs所覆盖；当n≥5时，本发明发现，随着n的增加，表面覆盖的MWNTs越来越密集，厚度也越来越大。因此，通过多次重复，可以得到大面积均一的、多孔的和三维的MWNT薄膜。我们知道， PTFE本身是不导电的，当放大倍数比较大的时候，我们根本看不清其表面的结构，而MWNTs是导电性良好的材料，组装MWNTs后本发明在高放大倍数时仍然可以清晰地观察到其表面的结构，并且随着n的增加，SEM图越来越清晰，在放大倍数为720K倍(图f)的时候仍然非常清晰，说明通过MWNTs的修饰很好地改变了PTFE基底导电性能差的缺陷。

图5(g)是组装不同层数MWNTs在PTFE基底上的实物图，薄膜随着层数的增加颜色就越暗，在组装层数为8时就出现了明显的黑色。可以说明随着n的增加薄膜的厚度同时也在增大。其右下端的小图很好地表现了PTFE基底良好的柔韧性。

图5(h)为在PTFE基底上层层自组装不同层数MWNT薄膜的I-V特征图，从图中不难发现随着层数n的增加，修饰后的PTFE基底的电阻值逐渐减小，导电性也随之增强。这也进一步证明了通过MWNTs的修饰的PTFE基底的导电性能得到了很好的改善。我们相信，采用层层自组装这种方法可以在PTFE基底上沉积大量的MWNTs。而且，MWNTs的量也可以通过减少或增加自组装的层数而得到精确地控制。所以PTFE基底的电性能也可自通过不同的自组装层数而得到很好地控制，这与其它只能得到单层的MWNT薄膜的方法在电性能的控制上明显有很大的优势。

3  结论

通过化学处理，本发明可以分别得到羧基化以及氨基化的MWNTs。利用这些功能化的MWNTs，本发明可以在经过PDDA预处理的PTEF基底上通过层层自组装得到MWNT薄膜。这种沉积于柔性基底表面的薄膜具有均一、密度可控等优点。沉积了MWNT薄膜后，也使本身电学性能不佳的PTFE基底的电性能在一定程度上得到很大的改善。这种简便的制备方法能很好地改善基底材料的性能，将使以PTFE为基底的层层自组装MWNT薄膜得到更为广泛地应用。

实施例2  PTFE-MWNT的动物实验

一、材料和方法

1.PTFE-MWNT的制作

1.1多壁碳纳米管的功能化处理

MWNTs(深圳纳米港有限公司)分散于浓H₂SO₄/浓HNO₃(3/1,v/v)混合溶液中，置于70℃条件下搅拌4h。然后将所得到的MWNT-COOH重复用水洗直至中性，在70℃下真空干燥12h。接下来在70℃下，将干燥的MWNT-COOH加至SOCl₂中搅拌回流反应24h，反应完全后蒸发掉剩余的SOCl₂，立即将酰氯化的MWNTs加至NH₂(CH₂)₂NH₂中，在70℃下搅拌回流反应48h。然后分别用乙醇溶液以及水将所得到的MWNT- NH₂滤洗多次，在70℃下真空干燥24h备用。

1.2在聚四氟乙烯基底上层层自组装MWNT薄膜

将干燥的MWNT-COOH与MWNT- NH₂粉末分散在水中，超声处理多小时直至形成稳定的分散液(0.5mg/ml)。PTFE血管购自GoreTex公司。将直径4 mm 的PTFE血管(GoreTex公司)分别用水以及乙醇清洗，置于空气下干燥。再于等离子辉光下处理90s，使其表面处于激活状态。立即将等离子体处理过的基底在含有0.5M NaCl的PDDA离子溶液(15mg/ml)中浸泡10min，然后用去离子水冲洗干净，N₂吹干。再将基底在MWNT-COOH悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干。然后再将基底在MWNT- NH₂悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干。这样的循环重复多次得到MWNT理想的层数。

2.动物实验

动物实验由上海交通大学医学院附属新华医院动物实验管理委员会批准。成年公绵羊，体重20－30公斤，可以满足4 mm直径PTFE人造血管移植手术。术前禁食48-72小时，所有手术在无菌调节下完成，麻醉采用戊巴比妥钠静脉全身麻醉。手术后，确认移植血管的通畅性，关闭切口，自然苏醒。手术开始时静脉注射给予肝素100U/kg 抗凝，术后每天给予口服5mg/kg 阿司匹林抗凝直到研究终点。

手术方法：共16只羊接收了双侧股动脉的动脉－动脉间人造血管移植手术。游离羊后腿的股动脉，两端置血管夹，中间横断，取长15mm，内径4mm 的PTFE人造血管或PTFE-MWNT人造血管植入自体动脉两断端之间，两端均以7-0聚丙烯线端端吻合。采用成对自身对照，两侧股动脉随机选用两种不同的人造血管。其中8只于术后3个月，另外8只于术后9个月取下双侧植入的人造血管标本进行组织学分析。

3.组织学分析

标本以4%多聚甲醛固定，石蜡包埋，垂直于静脉长轴制成5μm切片。(1)光镜观察：HE染色，分析内皮化情况和内膜增生情况，内膜厚度(I)及中膜厚度(T)，管腔面积(A1)及(管腔+内膜)面积(A2)；计算内膜增生程度P=I/T和管腔狭窄程度S=A1/A2。炎症反应的程度，随机取4个部位，计数每个高倍视野下淋巴细胞数，取平均数，比较两组炎症反应程度；(2)免疫组化染色：以PCNA单克隆抗体常规二步法染色。随机取4个部位，计数每个高倍视野下PCNA阳性细胞数及细胞总数，取平均数计算细胞增殖指数。细胞增殖指数(PI)=PCNA阳性细胞数/细胞总数×100%。

4.统计学方法

统计方法采用配对t 检验，所有数据以均数±标准差（                                                

±s）表示。率的比较χ²检验。P<0.05表示统计学差异显著，P<0.01为表示统计学差异非常显著， P>0.05表示无统计学差异。

二、结果

所有羊均存活至取标本时。8个采用PTFE人造血管的标本，在术后3个月有1根血管闭塞，术后9个月有3根血管闭塞。而采用PTFE-MWNT人造血管植入的8个标本，术后3个月均通畅，术后9个月有1根血管闭塞。PTFE血管3个月通畅率为87.5%，PTFE-MWNT血管的3个月通畅率是100%。PTFE血管9个月通畅率为62.5%，而PTFE-MWNT血管的9个月通畅率是87.5%。PTFE-MWNT血管的通畅率高于PTFE人造血管。具体情况见表1。

 表1血管移植物术后通畅情况

PTFE-MWNT血管在术后3个月即可看到比较完整的内皮化，而PTFE血管在术后3个月时部分内皮化，内皮细胞层不连续。见图6。术后3个月时，与PTFE血管相比，PTFE-MWNT血管材料内淋巴细胞浸润程度较轻，数量较少，反应了PTFE-MWNT血管材料可以减轻术后炎症反应的程度。见图6。

在术后9个月时，两组均表现出不同程度的内膜增生，如图7。PTFE-MWNT血管内膜增生程度和管腔狭窄程度较轻。见表2，3。PCNA染色反应细胞增殖活跃程度，增殖活跃的细胞核染成棕黄色。通过细胞计数比较两组血管移植物组细胞增殖指数，PTFE-MWNT血管细胞增殖指数低于PTFE血管。见表4。

 表2 血管移植物术后9个月内膜、中膜厚度及内膜增生程度

表3血管移植物术后9个月管腔面积和管腔狭窄程度

表4 血管移植物术后9个月细胞增殖指数

 

三、讨论

通过本发明发现，用PTFE-MWNT人造血管植入羊股动脉后血管通畅率较高，在术后3个月即有较完整的血管内皮形成，且仅有轻度的炎症反应，在术后9个月仅表现出轻度的内膜增生和轻度管腔轻度，且仅有少量增殖活跃的细胞。而用传统的PTFE人造血管植入后，血管通畅率低于PTFE-MWNT人造血管。术后3个月血管内皮形成不完整，有较多的淋巴细胞浸润，炎症反应较重。术后9个月表现出严重的血管内膜增生和管腔狭窄，有较多的细胞增殖活跃。PTFE-MWNT人造血管表现出明显的提高术后中远期移植血管通畅率的作用。这种作用可能有几种机制。首先，合成材料自身的致炎症反应作用是远期内膜增生的始动因素之一，而在PTFE血管内表面引入多壁碳纳米管后，由于多壁碳纳米管的理化特性减轻了炎症反应，从而减轻了远期内膜增生的始动因素，进而减轻其远期的内膜增生程度。第二，多壁碳纳米管具有极高的比表面积，有促进细胞粘附生长的作用，因此在术后早期PTFE-MWNT人造血管的内皮化形成较早，较早的内皮化形成为人造血管的表面提供一层保护层，进一步减轻炎症反应，减轻后期内膜增生程度。另外，多壁碳纳米管内有很高的孔隙率，可以促进细胞外基质的形成。本发明观察到在术后9个月时PTFE-MWNT人造血管的多壁碳纳米管纤维中有胶原纤维的形成，可能类似于正常血管的细胞外基质，这也能够帮助减轻平滑肌细胞的迁徙，减轻术后远期内膜增生程度。

纳米技术在医学领域的应用研究目前还较少，但本发明表明，多壁碳纳米管与临床目前大量使用的PTFE血管材料相结合，在动物实验中可以减轻人造血管植入术后血管内膜增生程度，提高血管的通畅率。为临床上提高人造血管植入手术的疗效提供了一种可行的方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种聚四氟乙烯纳米化新型材料，其特征在于，所述的新型材料的制备方法包括以下步骤：将多壁碳纳米管通过羧酸化以及氨基化处理，分别得到功能化的MWNT-COOH和MWNT-NH₂，然后在聚四氟乙烯基底上层层自组装功能化MWNT薄膜；

（1）多壁碳纳米管的功能化处理：首先将MWNTs分散于浓H₂SO₄/浓HNO₃混合溶液中，其中浓H₂SO₄和浓HNO₃的体积比3/1，置于70℃条件下搅拌4h；然后将所得到的MWNT-COOH重复用水洗直至中性，在70℃下真空干燥12h；接下来70℃下，将干燥的MWNT-COOH加至SOCl₂中搅拌回流反应24h，反应完全后蒸发掉剩余的SOCl₂，立即将酰氯化的MWNTs加至NH₂(CH₂)₂NH₂中，在70℃下搅拌回流反应48h；然后分别用乙醇溶液以及水将所得到的MWNT-NH₂滤洗多次，在70℃下真空干燥24h备用；

（2）在聚四氟乙烯基底上层层自组装MWNT薄膜：将干燥的MWNT-COOH与MWNT-NH₂粉末分散在水中，超声处理多小时直至形成稳定0.5mg/ml的分散液；将PTFE基底分别用水以及乙醇清洗，置于空气下干燥；再于等离子辉光下处理90s，使其表面处于激活状态；立即将等离子体处理过的基底在含有0.5M NaCl的15mg/ml的PDDA离子溶液中浸泡10min，然后用去离子水冲洗干净，N₂吹干；再将基底在MWNT-COOH悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干，然后再将基底在MWNT-NH₂悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干，这样的循环重复多次得到MWNT薄膜理想的层数。

2.一种聚四氟乙烯纳米化新型材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：将多壁碳纳米管通过羧酸化以及氨基化处理，分别得到功能化的MWNT-COOH和MWNT-NH₂，然后在聚四氟乙烯基底上层层自组装功能化MWNT薄膜；

（1）多壁碳纳米管的功能化处理：首先将MWNTs分散于浓H₂SO₄/浓HNO₃混合溶液中，其中浓H₂SO₄和浓HNO₃的体积比3/1，置于70℃条件下搅拌4h；然后将所得到的MWNT-COOH重复用水洗直至中性，在70℃下真空干燥12h；接下来70℃下，将干燥的MWNT-COOH加至SOCl₂中搅拌回流反应24h，反应完全后蒸发掉剩余的SOCl₂，立即将酰氯化的MWNTs加至NH₂(CH₂)₂NH₂中，在70℃下搅拌回流反应48h；然后分别用乙醇溶液以及水将所得到的MWNT-NH₂滤洗多次，在70℃下真空干燥24h备用；

（2）在聚四氟乙烯基底上层层自组装MWNT薄膜：将干燥的MWNT-COOH与MWNT-NH₂粉末分散在水中，超声处理多小时直至形成稳定0.5mg/ml的分散液；将PTFE基底分别用水以及乙醇清洗，置于空气下干燥；再于等离子辉光下处理90s，使其表面处于激活状态；立即将等离子体处理过的基底在含有0.5M NaCl的15mg/ml的PDDA离子溶液中浸泡10min，然后用去离子水冲洗干净，N₂吹干；再将基底在MWNT-COOH悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干，然后再将基底在MWNT-NH₂悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干，这样的循环重复多次得到MWNT薄膜理想的层数。

3.一种聚四氟乙烯纳米化新型人造血管，其特征在于，所述的人造血管的制备方法包括以下步骤：将多壁碳纳米管通过羧酸化以及氨基化处理，分别得到功能化的MWNT-COOH和MWNT-NH₂，然后在聚四氟乙烯血管内表面层层自组装功能化MWNT薄膜制成PTFE-MWNT人造血管；

（1）多壁碳纳米管的功能化处理：首先将MWNTs分散于浓H₂SO₄/浓HNO₃混合溶液中，其中浓H₂SO₄和浓HNO₃的体积比3/1，置于70℃条件下搅拌4h；然后将所得到的MWNT-COOH重复用水洗直至中性，在70℃下真空干燥12h；接下来70℃下，将干燥的MWNT-COOH加至SOCl₂中搅拌回流反应24h，反应完全后蒸发掉剩余的SOCl₂，立即将酰氯化的MWNTs加至NH₂(CH₂)₂NH₂中，在70℃下搅拌回流反应48h；然后分别用乙醇溶液以及水将所得到的MWNT-NH₂滤洗多次，在70℃下真空干燥24h备用；

（2）在聚四氟乙烯基底上层层自组装MWNT薄膜：将干燥的MWNT-COOH与MWNT-NH₂粉末分散在水中，超声处理多小时直至形成稳定0.5mg/ml的分散液；将PTFE血管分别用水以及乙醇清洗，置于空气下干燥；再于等离子辉光下处理90s，使其表面处于激活状态；立即将等离子体处理过的基底在含有0.5M NaCl的15mg/ml的PDDA离子溶液中浸泡10min，然后用去离子水冲洗干净，N₂吹干；再将基底在MWNT-COOH悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干，然后再将基底在MWNT-NH₂悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干，这样的循环重复多次得到MWNT薄膜理想的层数。

4.一种聚四氟乙烯纳米化新型人造血管的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：将多壁碳纳米管通过羧酸化以及氨基化处理，分别得到功能化的MWNT-COOH和MWNT-NH₂，然后在聚四氟乙烯血管内表面层层自组装功能化MWNT薄膜制成PTFE-MWNT人造血管；

（1）多壁碳纳米管的功能化处理：首先将MWNTs分散于浓H₂SO₄/浓HNO₃混合溶液中，其中浓H₂SO₄和浓HNO₃的体积比3/1，置于70℃条件下搅拌4h；然后将所得到的MWNT-COOH重复用水洗直至中性，在70℃下真空干燥12h；接下来70℃下，将干燥的MWNT-COOH加至SOCl₂中搅拌回流反应24h，反应完全后蒸发掉剩余的SOCl₂，立即将酰氯化的MWNTs加至NH₂(CH₂)₂NH₂中，在70℃下搅拌回流反应48h；然后分别用乙醇溶液以及水将所得到的MWNT-NH₂滤洗多次，在70℃下真空干燥24h备用；

（2）在聚四氟乙烯基底上层层自组装MWNT薄膜：将干燥的MWNT-COOH与MWNT-NH₂粉末分散在水中，超声处理多小时直至形成稳定0.5mg/ml的分散液；将PTFE血管分别用水以及乙醇清洗，置于空气下干燥；再于等离子辉光下处理90s，使其表面处于激活状态；立即将等离子体处理过的基底在含有0.5M NaCl的15mg/ml的PDDA离子溶液中浸泡10min，然后用去离子水冲洗干净，N₂吹干；再将基底在MWNT-COOH悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干，然后再将基底在MWNT-NH₂悬浮液中浸泡0.5h，用水冲洗干净，N₂吹干，这样的循环重复多次得到MWNT薄膜理想的层数。

Images