CN1270797A - 抗凝血及组织相容性高分子材料表面改性方法 - Google Patents

Abstract

本发明为抗凝血及组织相容性高分子材料表面改性方法,涉及生物高分子材料。本方法将SO₂通入反应室,由质量流量控制计控制流速为10～50sccm,室内压力20～40Pa,气压稳定后,启动RF电源,放电功率为5～80W,二氧化硫等离子体处理1～10min。本发明处理过程简单,容易操作;二氧化硫等离子体生物高分子材料表面改性得到的材料,不仅表面具有良好持续的抗血栓性能和良好的组织相容性,并且可很好地保持材料原有的力学强度及其它体相性能。

Description

抗凝血及组织相容性高分子材料表面改性方法

本发明为抗凝血及组织相容性高分子材料表面改性方法，涉及生物高分子材料。

生物医用材料多为高分子材料，而人工血管、人工心脏、人工肺、人工肾等许多生物高分子材料需要直接与血液接触，因此作为生物高分子材料除应具备必要的力学性能和生物功能外，还必须具备优良的血液相容性和组织相容性，其中，材料的抗血栓性是血液相容性的关键。

现有的生物高分子材料，例如尼龙、聚酯、PE、PP、聚氨酯等医用制品很难满足生物高分子材料的多种需求，特别是在与血液直接接触时，往往使血液凝固，形成血栓。由于生物体凝血机制的复杂性，材料的血液相容性问题是一个难题，需要人们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两种：①使材料本身难以形成血栓或具备生物相容性；②对材料表面改性，使其形成抗血栓及生物相容性的表面。这些方法的抗血栓途径主要有：将肝素等天然抗凝血剂与材料混合或与材料化学键合；将生物活性好的胶原在材料表面涂覆；制备如嵌段聚醚氨酯那样的具有亲水/疏水微相分离结构的共聚物材料；将水凝胶或亲水性高分子与高分子基材结合；通过表面血管内皮细胞化、白蛋白钝化等高分子材料表面伪饰；将辉光放电处理得到的活性化聚合物表面浸于软骨素硫酸、壳聚糖等硫酸粘多糖溶液中，制备具有粘多硫酸糖结构的聚合物表面等。但是以上方法所获得的高分子材料，如嵌段聚醚氨酯、肝素化的高分子材料，其原有的力学强度下降，达不到需要的强度和耐久性，不能满足临床需要；文献[昭59-183762]报导的辉光放电聚合物表面活性化结合硫酸粘多糖的抗血栓材料制备方法，是利用辉光放电等离子体将高分子材料活性化，然后将活性化聚合物表面浸于软骨素硫酸等硫酸粘多糖溶液中，反应结束后，再清洗、干燥，这种方法涉及高分子表面活性化、材料溶液浸渍、清洗、干燥多步处理，因而该方法工艺复杂、活性化表面不稳定、硫酸粘多糖与聚合物表面结合差，抗血栓生物相容性效果差。

本发明者基于目前的情况，为克服以往这些生物高分子材料的不足，进行了旨在既具有良好的抗血栓性和组织相容性，又不影响高分子材料本身的力学性能的高分子材料表面改性研究，即通过二氧化硫等离子体聚合物表面处理，使高分子材料表面具有抗血栓和组织相容性，而聚合物的体相性能不受影响。

本发明采用二氧化硫射频等离子体处理高分子材料表面这一新的抗凝血及组织相容性改性方法，目的是提高生物高分子材料(如聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯等)的抗凝血性和组织相容性：即延长血浆在聚合物表面的凝血时间，提高抗凝血性；促进血管壁平滑肌细胞(VSMC)在聚合物表面的生长，提高组织相容性。

本发明为实现上述目的，提出以下技术方案：其具体方法为：

(1)将高分子材料用丙酮或乙醇超声波清洗6小时以上，然后再用蒸馏水超声波清洗6小时以上，最后风干或在真空干燥器中干燥得到洗净的聚合物表面；

(2)将等离子体反应室内的电极、器壁及室内附件清洗干净，使电极及反应室保持洁净，无其它杂物及灰尘；

(3)将预先处理过的聚合物薄膜置于等离子体处理仪的下电极中央，关闭反应室及各路气路阀，启动真空泵，预抽极限真空2Pa以下，打开一路流量控制器的针阀，抽本底真空至2Pa以下；

(4)  开启进气气路，将单体二氧化硫气通入反应室，清洗预混室和管路中的残余气体，然后再关闭阀门，抽本底真空度至2Pa；

(5)再将二氧化硫气通入反应室，由质量流量控制计控制二氧化硫的流速，流速为10～50sccm，室内压力为20～40Pa，气压稳定后，启动RF电源，调节放电功率至5～80W，并调节匹配网络中的电容，使等离子体的有效功率最大，等离子体处理时间为1～10min；

(6)辉光放电结束后，先关闭RF电源，继续抽真空约30分钟以上，除去未反应的单体及表面附着物。

本发明首次采用二氧化硫辉光放电低温等离子体处理PE，PET薄膜。XPS及ATR-FTIR分析测试结果表明，二氧化硫等离子体处理LDPE、PET薄膜可在聚合物薄膜形成磺酸基等极性基团，明显提高聚合物薄膜表面的亲水性、抗凝血性以及促进VSMC在聚合物表面的生长。这种提高聚合物表面抗凝血性和组织相容性的方法与其它方法相比主要具有以下几个特点：该方法为干式工艺，与化学处理等相比，无需湿法工艺中的烘干、废水处理等工序，省能源、无公害；通常只涉及聚合物表面几十到数千埃，可使表面物性得到显著改善，而聚合物材料的体相不受影响；处理过程简单，容易操作；二氧化硫等离子体生物高分子材料表面改性得到的材料，不仅表面具有良好持续的抗血栓性能和良好的组织相容性，并且可很好地保持其原有的力学强度与其它体相性能。

最佳实施例1

将低密度聚乙烯(LDPE)薄膜，用丙酮或乙醇超声波清洗6小时，然后再用蒸馏水超声波清洗6小时，最后风干或在真空恒温干燥器中干燥，得洗净的LDPE表面；等离子体处理前，将等离子体反应室内的电极、器壁及室内附件清洗干净，使电极及反应室内保持洁净，无其它杂物及灰尘。

将裁成适宜尺寸的预先处理过的LDPE薄膜置于等离子体处理仪的下电极中央，关闭反应室及各路气路阀，启动真空泵，预抽极限真空2Pa以下，打开一路流量控制器的针阀，抽本底真空至2Pa以下。

开启进气气路，将单体二氧化硫气通入反应室，清洗预混室和管路中的残余气体，然后再关闭阀门，抽至本底真空度2Pa。

再将二氧化硫气通入反应室，由质量流量控制计将其流速控制为30sccm，室内压力25Pa，气压稳定后，启动RF电源，放电功率为50W，调节匹配网络中的电容，使等离子体的有效功率最大，等离子体处理10min。

辉光放电结束后，关闭RF电源，继续抽真空约30分钟，除去未反应的单体及表面附着物，处理结束后，依次关闭进气路、真空泵、反应室通大气，打开处理仪上盖，取出样品，即可得到表面具有抗血栓性和组织相容性、体相力学性能及其它性能不发生变化的生物相容性LDPE材料。

LDPE薄膜表面经二氧化硫等离子体处理后，表面的凝血时间比处理前明显延长，采用比浊法在全自动凝血分析仪上测定的体外凝血时间(活化部分凝血活酶时间APTT，凝血酶原时间PT，凝血酶时间TT)列于1。二氧化硫等离子体处理后LDPE表面的APTT、TT均显著延长；等离子体改性聚合物表面的物理化学性质的持续性或时效性一直是人们关心的问题。等离子体处理后放置不同时间的聚合物表面体外凝血时间测试结果表明，二氧化硫等离子体处理的LDPE，其表面的抗血栓的时效性较好，表面抗凝血性可较长时间的保留，处理半年后的LDPE表面的APTT和TT仍比处理前来得长(如表2)，放置半年后，ΔT_APTT降至8.5s，仍然具有较好的抗凝血性。

             表1 LDPE表面凝血时间(秒)样品                   水接触角(°)        APTT       PT      TT处理前                     101             34.6       10.5    15.4SO₂等离子体处理           31              64.3       10.8    大于60

           表2.SO₂等离子体处理LDPE表面凝血时间(秒)

            (ΔT：处理后与处理前样品的凝血时间差)放置时间(天)     水接触角(°)    ΔT_APTT    ΔT_PT   ΔT_TT

3                 31           29.7       0.3     大于40

30                35           18.1       0.4     大于20

180               41           8.5        0.7     大于15.2

此外，LDPE薄膜表面经二氧化硫等离子体处理后，可有效地改善表面的亲水性，其表面水接触角明显减小；在LDPE薄膜表面接种并培养血管壁平滑肌细胞(VSMC)，用MTT法测得表征细胞生长的光密度(OD)如3所示，VSMC在二氧化硫等离子体处理的LDPE表面上的生长好于处理前，培养三天后，与处理前相比，OD值大，统计学有非常显著性差异(P＜0.01)。说明该法得到的LDPE薄膜有利于VSMC生长，具有较好的组织相容性。

           表3 LDPE表面VSMC培养OD值培养时间(天)    处理前            SO₂等离子体改性   T检验

3           0.3278±0.0094    0.3932±0.0057     P＜0.01

5           0.3730±0.0200    0.4756±0.0220     P＜0.01

最佳实施例2：

聚苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜用乙醇或丙酮超声波清洗6小时，然后再用蒸馏水超声波清洗6小时，最后风干或在真空恒温干燥器中干燥，得洗净的PET表面；等离子体处理前，将等离子体反应室内的电极、器壁及室内附件清洗干净，使电极及反应室内保持洁净，无其它杂物及灰尘。

将裁成适宜尺寸的预先处理过的PET薄膜置于等离子体处理仪的下电极中央，关闭反应室及各路气路阀，启动真空泵，预抽极限真空2Pa以下，打开一路流量控制器的针阀，抽本底真空至2Pa以下。

开启进气气路，将单体二氧化硫气通入反应室，清洗预混室和管路中的残余气体，然后再关闭阀门，抽至本底真空度2Pa。

再将二氧化硫气通入反应室，由质量流量控制计将其流速控制为25sccm，室内压力20Pa，气压稳定后，启动RF电源，放电功率为60W，调节匹配网络中的电容，使等离子体的有效功率最大，等离子体处理5min。

辉光放电结束后，关闭RF电源，继续抽真空约30分钟，除去未反应的单体及表面附着物，处理结束后，依次关闭进气路、真空泵、反应室通大气，打开处理仪上盖，取出样品，即可得到表面具有抗血栓性和组织相容性、体相力学性能及其它性能不发生变化的生物相容性PET材料。

以与例1相同的体外凝血测试方法，表示其抗凝血情况，各凝血参数列于表4。PET表面经SO₂等离子体处理后，其APTT、TT较明显地延长，ΔT_APTT和ΔT_TT分别为15.9秒和8.6秒，表现出较强的抗凝血性。SO₂等离子体处理PET表面抗凝血性的时效性如表4，ΔT_APTT和ΔT_TT随放置时间出现不同程度的下降。放置半年后，ΔT_APTT降至3.2s，尚好于处理前样品的凝血性。

SO₂等离子体处理的PET，水接触角减小(表4)，薄膜表面的亲水性得以增强；表面亲水性随放置时间呈逐渐增大的趋势，放置半年后改性PET的水接触角由30°增大至52°，仍比处理前的亲水性强。

SO₂等离子体处理的PET表面可促进VSMC的生长，VSMC在PET表面的生长情况如表5所示。VSMC在SO₂等离子体处理的PET薄膜表面上的生长，也比处理前好。培养一天，在改性表面的细胞数比处理前高(OD值如表5所示)，但两组之间还没有统计学显著性差异，培养三天后，细胞继续生长，且在改性表面生长的更好，统计学有非常显著性差异((P＜0.01)。因此该方法获得的PET表面有利于VSMC生长，具有良好的组织相容性。

                      表4 PET表面凝血时间(秒)样品                      水接触角(°)        APTT      PT      TT处理前                         78             37.6      11.1    17.8SO₂等离子体处理后3天          30             15.9      0.7     8.6SO₂等离子体处理后一个月       36             10.2      -0.4    4.0SO₂等离子体处理后半年         52             3.2       -0.4    3.4

                    表5 PET表面VSMC培养OD值培养时间/天           PET对照           SO₂等离子体改性      T检验1                     0.3662±0.1200    0.4734±0.0140        P＞0.053                     0.5672±0.0052    0.9508±0.0350        P＜0.015                     0.976±0.0900     1.332±0.0830         P＜0.05

Claims (1)

1.一种抗凝血及组织相容性高分子材料表面改性方法，其特征在于：该方法为：

(1)将高分子材料用丙酮或乙醇超声波清洗6小时以上，然后再用蒸馏水超声波清洗6小时以上，最后风干或在真空干燥器中干燥得到洗净的聚合物表面；

(2)将等离子体反应室内的电极、器壁及室内附件清洗干净，使电极及反应室内保持洁净，无其它杂物及灰尘；

(3)将预先处理过的聚合物薄膜置于等离子体处理仪的下电极中央，关闭反应室及各路气路阀，启动真空泵，预抽极限真空2Pa以下，打开一路流量控制器的针阀，抽本底真空至2Pa以下；

(4)开启进气气路，将单体二氧化硫气通入反应室，清洗预混室和管路中的残余气体，然后再关闭阀门，抽本底真空度至2Pa；

(5)再将二氧化硫气通入反应室，由质量流量控制计控制二氧化硫的流速，流速为10～50sccm，室内压力为20～40Pa，气压稳定后，启动RF电源，调节放电功率至5～80W，并调节匹配网络中的电容，使等离子体的有效功率最大，等离子体处理时间为1～10min；

(6)辉光放电结束后，先关闭RF电源，继续抽真空约30分钟以上，除去未反应的单体及表面附着物。