CN113350580A - 一种应用于医疗器械中的肝素涂层制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于医疗器械中的肝素涂层制备方法，包括以下步骤：S1：将各种基材或由基材制得的器械进行表面处理而使表面产生活性自由基；S2：将表面产生活性自由基的各种基材或由基材制成的器械浸泡于功能性醛溶液中反应，获得表面共价接枝有功能性醛的基材或器械；S3：将表面共价接枝有功能性醛的基材或器械浸泡于含有酰肼基团的嫁接剂溶液中反应，获得表面含有酰肼基团的基材或器械；S4：将表面含有酰肼基团嫁接剂的基材或器械与醛基化肝素反应，最终获得表面固着有肝素的基材或器械；相对于现有制备技术具有制备工艺简单、肝素与基材结合牢固、制造成本低廉的优点。

Description

一种应用于医疗器械中的肝素涂层制备方法
技术领域
本发明属于生物材料抗凝血技术领域，具体涉及一种应用于医疗器械中的肝素涂层制备方法。
背景技术
肝素首先从肝脏发现而得名，由葡萄糖胺，L-艾杜糖醛苷、N-乙酰葡萄糖胺和D-葡萄糖醛酸交替组成的黏多糖硫酸脂，平均分子量为15KDa，呈强酸性。它也存在于肺、血管壁、肠粘膜等组织中，是动物体内一种天然抗凝血物质。天然存在于肥大细胞，现在主要从牛肺或猪小肠黏膜提取。
在外科手术、血液透析、体外循环等诸多领域，为了降低血小板粘附在医疗器械表面形成血栓的可能性，解决的方法是在医疗器械的表面固着一层肝素，从而在血液流经或接触导管、血透管等医疗器械时能达到良好的抗凝效果，避免形成血栓影响治疗效果。
目前肝素涂层方式主要为两类，第一类是物理涂覆至基材表面，这类方式主要以肝素-季铵盐复合物为主，制备工艺简单，价格便宜，但与基材表面结合不牢固，使用期间有部分或全部脱落的风险，同时肝素与季铵盐复合物也仅是单一的物理电荷作用，易受离子干扰而解离，抗凝血时效短；第二类是化学共价接枝到基材表面，这类方式能够使肝素分子牢固地结合到基材表面，达到持久的抗凝血效果，然而其制备工艺复杂，需要结合层层自组装工艺-化学交联工艺-共价接枝工艺等，步骤繁琐，价格昂贵。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种应用于医疗器械中的肝素涂层制备方法，使其相对于现有制备技术具有制备工艺简单、肝素与基材结合牢固、制造成本低廉的优点。
本发明采用如下技术方案：一种应用于医疗器械中的肝素涂层制备方法，包括以下步骤：
S1：将各种基材或由基材制得的器械进行表面处理而使表面产生活性自由基；
S2：将表面产生活性自由基的各种基材或由基材制成的器械浸泡于功能性醛溶液中反应，获得表面共价接枝有功能性醛的基材或器械；
S3：将表面共价接枝有功能性醛的基材或器械浸泡于含有酰肼基团的嫁接剂溶液中反应，获得表面含有酰肼基团的基材或器械；
S4：将表面含有酰肼基团嫁接剂的基材或器械与醛基化肝素反应，最终获得表面固着有肝素的基材或器械。
进一步的方案是，所述基材包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、膨体聚四氟乙烯、聚乳酸、聚碳酸酯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸酯类、乳胶、硅橡胶、玻璃、陶瓷、不锈钢、钛合金、镍钛合金材料中的一种或多种。
进一步的方案是，所述步骤S1中表面处理的方法包括等离子体处理、低温等离子体处理、α射线照射、β射线照射、γ射线照射、X射线照射、电子束照射、紫外照射、电晕放电、火焰处理、热处理、液态氧化、臭氧氧化中的一种或多种。
进一步的方案是，所述步骤S2中功能性醛包括巴豆醛、儿茶醛、原儿茶醛、尼泊金醛。
进一步的方案是，所述步骤S2中功能性醛的治疗浓度为0.01%~30%，溶剂为乙醚、乙醇、乙酸乙酯、四氢呋喃、水或由其中至少两种成分按不同比例组成的混合溶剂。
进一步的方案是，所述步骤S2中表面产生活性自由基的各种基材或由基材制成的器械浸泡于功能性醛溶液中反应时间范围为0.5h~72h。
进一步的方案是，所述步骤S3中含有酰肼基团的嫁接剂包括二酰肼、多酰肼及酰肼基团改性的天然生物多糖大分子、酰肼基团修饰的人工合成聚合物；其中二酰肼为己二酸二酰肼、草酸二酰肼、琥珀酸二酰肼、丙二酸二酰肼、乙基丙二酸二酰肼、癸二酸二酰肼、异酞酸二酰肼、顺丁烯二酸二酰肼、庚二酸二酰肼、二硫代二丙酰肼其中的一种；酰肼基团改性的天然生物多糖大分子为酰肼基团改性的透明质酸钠、海藻酸钠、纤维素或衍生物、几丁糖或衍生物中的一种；酰肼基团修饰的人工合成聚合物为酰肼基团改性的聚醚、聚脂、聚氨酯、聚脲、聚丙烯酸酯其中的一种。
进一步的方案是，所述步骤S3中嫁接剂溶液的质量浓度为0.01%~20%，溶剂为水、二甲亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或由其中至少两种成分按不同比例组成的混合溶剂。
进一步的方案是，所述步骤S4中醛基化肝素为肝素或其衍生物经过化学改性而使得其分子结构中含有醛基的肝素分子，化学改性的方法包括亚硝酸钠氧化或高碘酸钠氧化。
进一步的方案是，醛基化肝素溶液的质量浓度为0.01%~20%，溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃、二甲亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或由其中至少两种成分按不同比例组成的混合溶剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的肝素涂层方法，在基材表面与肝素分子之间引入含有酰肼基团的嫁接剂，通过反应形成稳定的酰腙基团使得共价接枝的肝素分子相对仅物理电荷吸附的肝素其稳定性大大提高，抗凝血效果持久；而相对步骤繁琐、价格昂贵的层层自组装-化学交联-共价接枝的肝素来说工艺更加简单方便，快速高效，有较强的商业化应用价值。
附图说明
图1为测试制得的肝素涂层基材表面的亲水性改变试验（接触角测试）中，涂有肝素涂层的镍钛合金样品（NiTi-g-Heparin）和未涂层前的镍钛合金样品（NiTi）亲水性数据对比图；
图2为测试制得的肝素涂层基材表面肝素分布均匀度试验中，摄得的涂有肝素涂层的镍钛合金样品（NiTi-g-Heparin）表面图；
图3为测试制得的肝素涂层基材表面肝素分布均匀度试验中，摄得的未涂层前的镍钛合金样品（NiTi）表面图；
图4为测试制得的肝素涂层耐久性试验中的肝素钠标准曲线；
图5为测试制得的肝素涂层耐久性试验中，基材表面肝素涂层密度随时间变化图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。
下面通过一个典型实施例，对本发明制备方法以及后续的测试过程作进一步的详细说明。
1、镍钛合金基材表面肝素涂层的制备过程：
1）将镍钛合金基材(1cm×1cm×0.1cm)经抛光后，依次用丙酮、乙醇、水超声清洗3次，然后烘干备用；
2）配制原儿茶醛溶液：将10g原儿茶醛溶解于100g水中，制得10%(w/w)原儿茶醛溶液；
3）将烘干后的镍钛合金基材使用等离子体进行表面处理，使其表面产生活性自由基；
4）将经等离子体处理后的镍钛合金基材立刻浸泡于10%(w/w)原儿茶醛溶液中，反应24h，取出镍钛合金基材，用纯化水清洗3次；
5）配制己二酸二酰肼嫁接剂溶液：将15g己二酸二酰肼溶解于100g水中，制得15%（w/w）己二酸二酰肼溶液；
6）将接枝原儿茶醛的镍钛合金基材立刻浸泡于15%（w/w）己二酸二酰肼溶液中，反应24h，取出镍钛合金基材，用纯化水清洗3次；
7）配制醛基化肝素溶液：将1g经高碘酸钠氧化后制得的醛基化肝素溶解于100g水中，制得1%（w/w）醛基化肝素溶液；
8）将含有己二酸二酰肼嫁接剂的镍钛合金基材立刻浸泡于1%（w/w）醛基化肝素溶液中，反应24h，取出镍钛合金基材，用纯化水清洗3次，氮气吹干后即得含有肝素涂层的基材。
2、测试制得的肝素涂层基材表面的亲水性改变（接触角测试）：
抗凝血涂层组合物接枝到基材表面后会导致基材表面亲水性的改变，为研究抗凝血组合物涂层前后基材表面的亲水性，对涂层前样品和涂层后样品进行水接触角测量。
测试过程为：将20μL纯化水滴加在样品表面，分别在滴加后0、10、20、30、40、50、60s时拍摄水和样品表面接触的截面图，获得7个不同时间点的水接触角数据，通过软件拟合计算其平均接触角。
3、测试制得的肝素涂层基材表面肝素分布均匀度：
肝素分子中的磺酸基能够与甲苯胺蓝（Toluidine Blue O, TBO）染料形成紫色络合物，故通过以下方式检测基材表面的肝素分布：
a、配制甲苯胺蓝溶液（0.01M HCl，0.2wt% NaCl，0.001wt% TBO）；
b、将待测样品（涂层前及涂层后）浸泡于甲苯胺蓝溶液中反应，随后取出，用纯化水冲洗，干燥后进行拍照观察基材表面颜色。
4、测试制得的肝素涂层耐久性：
肝素分子中的磺酸基能够与甲苯胺蓝（Toluidine Blue O, TBO）染料形成紫色络合物，该络合物在623nm处有特征吸收，故可通过紫外-可见分光光度法来测量涂层肝素中肝素含量，测试方法如下：
a、配制甲苯胺蓝溶液（0.01M HCl，0.2wt% NaCl，0.001wt% TBO）；
b、将已知含量的标准肝素钠溶液2.5mL与2.5mL新鲜配制的甲苯胺蓝溶液混合振荡30s；
c、在上述试管中加入正己烷，充分振荡30s。取有机相，用分光光度计测定波长623nm处的吸光度，并绘制吸光度-肝素钠含量标准曲线；
d、将待测样品（涂层前及涂层后）浸入5mL PBS中，37℃下，分别洗脱振荡0、1、2、4、7、15、30d后取出，然后浸泡在2.5mL新鲜配制的甲苯胺蓝溶液中，并稀释至5mL，室温下轻微振荡4h，取出样品；在波长623nm处测定液体的吸光度，并参照标准曲线进行计算。
以上所述，仅为本发明较佳的几个实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化和替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种应用于医疗器械中的肝素涂层制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将各种基材或由基材制得的器械进行表面处理而使表面产生活性自由基；
S2：将表面产生活性自由基的各种基材或由基材制成的器械浸泡于功能性醛溶液中反应，获得表面共价接枝有功能性醛的基材或器械；
S3：将表面共价接枝有功能性醛的基材或器械浸泡于含有酰肼基团的嫁接剂溶液中反应，获得表面含有酰肼基团的基材或器械；
S4：将表面含有酰肼基团嫁接剂的基材或器械与醛基化肝素反应，最终获得表面固着有肝素的基材或器械。
2.根据权利要求1所述的一种应用于医疗器械中的肝素涂层制备方法，其特征在于：所述基材包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、膨体聚四氟乙烯、聚乳酸、聚碳酸酯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸酯类、乳胶、硅橡胶、玻璃、陶瓷、不锈钢、钛合金、镍钛合金材料中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种应用于医疗器械中的肝素涂层制备方法，其特征在于：所述步骤S1中表面处理的方法包括等离子体处理、低温等离子体处理、α射线照射、β射线照射、γ射线照射、X射线照射、电子束照射、紫外照射、电晕放电、火焰处理、热处理、液态氧化、臭氧氧化中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种应用于医疗器械中的肝素涂层制备方法，其特征在于：所述步骤S2中功能性醛包括巴豆醛、儿茶醛、原儿茶醛、尼泊金醛。
5.根据权利要求1所述的一种应用于医疗器械中的肝素涂层制备方法，其特征在于：所述步骤S2中功能性醛的治疗浓度为0.01%~30%，溶剂为乙醚、乙醇、乙酸乙酯、四氢呋喃、水或由其中至少两种成分按不同比例组成的混合溶剂。
6.根据权利要求1所述的一种应用于医疗器械中的肝素涂层制备方法，其特征在于：所述步骤S2中表面产生活性自由基的各种基材或由基材制成的器械浸泡于功能性醛溶液中反应时间范围为0.5h~72h。
7.根据权利要求1所述的一种应用于医疗器械中的肝素涂层制备方法，其特征在于：所述步骤S3中含有酰肼基团的嫁接剂包括二酰肼、多酰肼及酰肼基团改性的天然生物多糖大分子、酰肼基团修饰的人工合成聚合物；其中二酰肼为己二酸二酰肼、草酸二酰肼、琥珀酸二酰肼、丙二酸二酰肼、乙基丙二酸二酰肼、癸二酸二酰肼、异酞酸二酰肼、顺丁烯二酸二酰肼、庚二酸二酰肼、二硫代二丙酰肼其中的一种；酰肼基团改性的天然生物多糖大分子为酰肼基团改性的透明质酸钠、海藻酸钠、纤维素或衍生物、几丁糖或衍生物其中的一种；酰肼基团修饰的人工合成聚合物为酰肼基团改性的聚醚、聚脂、聚氨酯、聚脲、聚丙烯酸酯其中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种应用于医疗器械中的肝素涂层制备方法，其特征在于：所述步骤S3中嫁接剂溶液的质量浓度为0.01%~20%，溶剂为水、二甲亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或由其中至少两种成分按不同比例组成的混合溶剂。
9.根据权利要求1所述的一种应用于医疗器械中的肝素涂层制备方法，其特征在于：所述步骤S4中醛基化肝素为肝素或其衍生物经过化学改性而使得其分子结构中含有醛基的肝素分子，化学改性的方法包括亚硝酸钠氧化或高碘酸钠氧化。
10.根据权利要求1所述的一种应用于医疗器械中的肝素涂层制备方法，其特征在于：醛基化肝素溶液的质量浓度为0.01%~20%，溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃、二甲亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或由其中至少两种成分按不同比例组成的混合溶剂。
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