CN1715312A - 一种医用高分子超疏水膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种医用高分子超疏水膜的制备方法，所述方法首先制备氧化铝模板，然后将医用高分子浆料涂敷到氧化铝模板表面，并使医用高分子浆料中的溶剂完全挥发，使医用高分子老化，然后用合适的溶剂溶去氧化铝模板，获得单一的医用高分子膜，最后将医用高分子膜洗净，并干燥；用本发明所述方法制造的医用高分子超疏水膜，具有超疏水性，可以提高抗凝血性。

Description

一种医用高分子超疏水膜的制备方法

技术领域

本发明涉及一种医用高分子超疏水膜的制备方法，尤其涉及一种用阳极氧化铝模板制备生物医用高分子超疏水膜的方法。

背景技术

心血管疾病是威胁当代人类健康长寿的主要因素。目前世界上每年近百万人接受血管内支架植入介入治疗或人造血管搭桥术。然而，在手术治疗过程中有关血栓问题尚未完全解决，血栓不仅会降低上述手术的治疗效果，严重时会导致患者发生梗死，威胁患者生命。因此，临床常常在术前、术中和术后对患者抗凝处理，由此可能引发内出血等副作用。

血栓按其发生的时间可分为急性血栓和亚急性血栓。急性血栓发生在手术的即刻至数日，主要是手术过程中各种人造材料(人造血管、支架血管及使用的医疗器械等)对血液成分的刺激而引发的凝血生物过程；亚急性血栓发生在术后的数天至数月，主要由于手术过程中不可避免的对内皮细胞的损伤，从而降低了血管内皮的屏障和保护作用。

为降低血栓，医用材料表面通常需要改性处理。目前表面改性方法主要是在材料表面引入某些元素或基团，即通过改变材料的表面成分以调整材料表面的亲疏水性，表面张力以及形成负电荷表面层等。

发明内容

最新研究表明，荷叶是天然的超疏水材料，赋予其自清洁性，荷叶的这种特异性能得益于表面的微米/纳米复合结构，即荷叶表面存在的微米尺度的突起，而微米突起上又存在纳米尺度的突起。基于上述荷叶疏水的基本原理，本发明在不改变现有医用高分子的表面成分的情况下，提出了一种新型医用高分子超疏水膜的制备方法，本发明所述方法制备的医用高分子超疏水膜是依靠表面成型，获得特殊的表面结构，达到抗凝效果。

因此，本发明的目的在于提供医用高分子的超疏水膜的制备方法，并且此种方法制得的膜具有类荷叶表面结构，其用来提高医用材料的抗凝性能。

本发明所述的一种医用高分子超疏水膜的制备方法，包括以下步骤：

第一步，制备氧化铝模板：

将具有一定纯度的铝板进行热处理，以消除铝板的内应力，使晶粒长大且形状规则均匀，将上述热处理后的铝板放入具有一定浓度的氢氧化钠水溶液中浸泡，以去除铝板表面的天然的氧化膜层，然后将上述浸泡处理后的铝板进行电化学抛光，以获得平整的表面；

将上述电化学抛光后的铝板放入电解液中进行阳极氧化，以获得多孔的氧化铝膜层，然后，将上述阳极氧化后的铝板模板进行脱模处理；

将上述脱模后的氧化铝模板进行扩孔，以保证模板上的孔通畅，便于高分子浆料填充其内；

第二步，制备医用高分子浆料：

将医用高分子溶解在适当的溶剂中制备成具有一定浓度的医用高分子浆料；

第三步，用模板法制备医用高分子的超疏水膜：

将上述第二步中得到的医用高分子浆料涂敷到第一步所制得的氧化铝模板的表面，并使医用高分子浆料中的溶剂完全挥发，使医用高分子老化，然后用合适的溶剂溶去氧化铝模板，获得单一的医用高分子膜，最后将医用高分子膜洗净，并干燥；

本发明所述的一种医用高分子超疏水膜的制备方法进一步包括：

所述热处理的加热温度范围可为400℃～500℃，保温时间范围为4小时～6小时；

所述氢氧化钠水溶液的重量浓度百分比范围为1％～10％，浸泡时间为0.5min～5min；

所述电化学抛光的抛光液可以选用一定浓度的高氯酸乙醇溶液，高氯酸与乙醇的体积比范围为1∶4，铝板接阳极，阴极可以选用铝、不锈钢、铜或者石墨等，电化学抛光的电压范围可为4V～30V，时间为0.5min～10min；

所述阳极氧化的电解液为0.1M～0.5M的磷酸水溶液，阳极氧化的电压范围分别60～150V，电解液的温度范围为0～20℃，电解时间为1小时～6小时，阴极可以是铝、不锈钢、铜或者石墨等；

使用饱和的HgCl₂水溶液溶去铝来对铝板模板进行脱模处理；

选用一定浓度的磷酸水溶液对脱模后的氧化铝模板进行扩孔，磷酸水溶液的浓度为0.1～0.5M，浸泡时间为0.5小时～3小时，磷酸液的温度为30℃～60℃；

所述医用高分子浆料的质量百分比浓度为5％～20％；

还可以使用反电位电化学分离来对铝板模板进行脱模处理；

所述医用高分子浆料的制备过程中可以采用搅拌及超声，以辅助溶解和保证溶体浆料的成分均匀，医用高分子浆料制备后静置一天以去除其中的气泡；

可以使用自然干燥或用红外灯下烘干使所述医用高分子浆料中的溶剂完全挥发，并通过继续在室温下放置24小时使医用高分子老化；

在所述第三步中，所述合适的溶剂可以是一定浓度的碱性水溶液或一定浓度的酸性水溶液等；

使用本发明所述的方法制备的医用高分子超疏水膜用于制备人造血管、心脏瓣膜、血管支架、血管支架覆膜及其它血液接触材料、医疗装置与医疗器件或表面改性。

综上所述，发明以阳极氧化铝为模板，通过对医用高分子材料表面成型控制，使其表面实现微米/纳米结构化，这种特殊的膜表面结构具有以下优点：(1)自身具有超疏水性，对血液成分的刺激小，可抑制急性血栓；(2)微米的粗糙度将利于细胞附着生长，促进血管内皮化进程，消除亚急性血栓。

通过本发明所述的方法制备的超疏水膜可以提高医用高分子的抗凝性能，用于制备人造血管、心脏瓣膜、血管支架及其它血液接触医疗装置与医疗器件或表面改性。

附图说明

图1是聚氨酯膜与空气的接触表面；

图2是聚氨酯膜与氧化铝模板的接触表面；

图3是水在聚氨酯膜与空气接触表面和聚氨酯膜与氧化铝模板接触表面的铺展情况；

图4是血液在聚氨酯膜与空气接触表面和聚氨酯膜与氧化铝模板接触表面的粘附情况；

具体实施方式

本发明所述的医用高分子超疏水表面的制备方法主要包括以下步骤：

(1)制备氧化铝模板；

(1-1)制备氧化铝模板对铝的纯度要求较高，一般不低于99.99％。考虑成本因素，可选用99.99％～99.999％的铝板，为加工方便，可以将铝板的厚度冷轧到0.2mm～0.5mm，并将铝板裁剪成一定尺寸；上述铝板加工后，需进行热处理，以消除铝板的内应力和使晶粒长大且形状规则均匀，热处理加热温度范围可为400℃～500℃，保温时间范围为4小时～6小时；

(1-2)将上述热处理后的铝板用一定浓度的氢氧化钠水溶液浸泡处理，以去除铝板表面的天然的氧化膜层，为下一步的电化学抛光创造条件，氢氧化钠的浓度范围为1％～10％(重量百分数)，浸泡时间0.5min～5min；

(1-3)然后将上述氢氧化钠水溶液处理后的铝板进行电化学抛光，以获得平整的表面，利于下一步的阳极氧化获得高质量的氧化铝模板，电化学抛光的抛光液可以选用一定浓度的高氯酸乙醇溶液，高氯酸与乙醇的体积比范围为1∶4，铝板接阳极，阴极可以选用铝、不锈钢、铜或者石墨等，电化学抛光的电压范围可为4V～30V，时间为0.5min～10min；

(1-4)将上述电化学抛光后的铝板进行阳极氧化，以获得多孔的氧化铝膜层；阳极氧化电解液为0.1M～0.5M的磷酸水溶液，阳极氧化的电压范围分别60～150V，电解液的温度范围为0～20℃。时间1小时～6小时，阴极可以是铝、不锈钢、铜或者石墨等；

(1-5)将上述氧化铝模板进行模板脱模，以便于对模板的处理；可用两种方法脱模：一是饱和的HgCl₂水溶液溶去铝；二是反电位电化学分离。用电化学分离时，所用的电解质及采用的电压取决于氧化铝模板阳极氧化制备工艺，原则上采用与阳极氧化相同的电解液，只不过电极反接，即带有阳极氧化膜的铝板试样接阴极；

(1-6)将上述脱模后的氧化铝模板进行扩孔，以保证模板上的孔通畅，便于高分子浆料填充其内。可以选用一定浓度的磷酸水溶液对脱模后的氧化铝模板进行扩孔，磷酸的浓度为0.1～0.5M，浸泡时间为0.5小时～3小时，磷酸液的温度为30℃～60℃；

(2)制备医用高分子浆料

将不同种类的医用高分子溶解在各自的溶剂中可以制备成浆料，表1为几种典型医用高分子及它们的溶剂：

医用高分子	可选溶剂	实例
			聚氨酯	四氢呋喃，二甲基甲酰胺等	天津聚氨酯塑料厂聚醚聚氨酯JM80
聚氯乙烯	丙酮，四氢呋喃等	ATOFINA    VIETNAMCO.LTD
			聚氟乙烯	丙酮，乙酸丁酯等	美国3C公司特氟龙(Teflon)涂料
硅橡胶	甲苯等	晨光化工研究院硅橡胶

		(101、110型)
			聚偏氟乙烯	二甲基乙酰胺，磷酸三甲酯等	上海有机氟材料厂904型

                           表1

用适当的溶剂(参照表1)，将医用高分子溶解制备成一定浓度的溶体浆料，浓度一般为5％～20％(质量分数)。浆料制备过程中可以采用搅拌及超声，以辅助溶解和保证溶体浆料的成分均匀。浆料制备后静置一天以去除其中的气泡。(3)用模板法制备医用高分子的超疏水膜：

将第(2)步中得到的高分子浆料涂敷到第(1)步所制得的氧化铝模板的表面，并使浆料中的溶剂完全挥发，使医用高分子老化；可以使用自然干燥或用红外灯下烘干使浆料中的溶剂完全挥发，并通过继续在室温下放置24小时使医用高分子老化；然后用合适的溶剂溶去氧化铝模板，获得单一的医用高分子膜；聚氨酯膜与氧化铝模板的分离是通过溶剂溶去氧化铝实现的。原则上可以溶去氧化铝的溶剂，只要对高分子膜不影响均可采用，如一定浓度的碱性水溶液、一定浓度的酸性水溶液等；最后把医用高分子膜洗净，并干燥。

实施例一：

(1)制备氧化铝模板；

(1-1)本实施例采用纯度为99.999％的铝板(北京稀土与贵金属研究所)，将其裁剪尺寸为0.5mm×15mm×60mm，将上述铝板放入氮气保护加热炉中，炉内温度为500℃，试样在炉中的保温时间为4小时，然后冷至室温；

(1-2)将上述热处理后的铝板放入浓度为5％的氢氧化钠水溶液中浸泡，浸泡时间为2min，浸泡后立刻清水洗净；

(1-3)然后将氢氧化钠水溶液处理后的铝板放入抛光液为高氯酸乙醇溶液，其浓度为高氯酸∶乙醇＝1∶4中进行电化学抛光，石墨为阴极，电压为8V，抛光时间为5min，电解液的温度为15℃，电化学抛光后将铝板试样用流水冲洗5min，并用蒸馏水洗净。

(1-4)将上述电化学抛光后的铝板放入浓度为0.3M的磷酸水溶液中进行阳极氧化，电压为90V，阴极为另一铝板，磷酸水溶液温度5℃，时间为6小时。阳极氧化后将氧化铝模板取出，并用流水冲洗5min，然后蒸馏水洗净。

(1-5)将上述氧化铝板模板放入浓度为0.3M的磷酸水溶液中进行反电位脱模，即氧化铝模板接阴极，阳极为另一铝板，电压为90V，温度10℃，时间约为1min；

(1-6)将脱模后的氧化铝模板用浓度为0.3M的磷酸水溶液浸泡扩孔，所述磷酸水溶液的温度为60℃，浸泡时间30min，然后取出氧化铝模板，并用流水冲洗10min，然后用蒸馏水超声清洗5min；将上述洗净的氧化铝模板在无水乙醇中浸沾一下，然后取出用热风吹干，以备下一步使用。

(2)将Jm80医用聚氨酯溶解到四氢呋喃中，配制成浓度为15％(质量分数)的浆液，并将其静置24小时以保证充分溶解和脱泡。

(3)将上述第(1)步中制备的氧化铝模板垂直浸入到上述聚氨酯浆料中，停留片刻后提出，在红外灯下烘干。随后室温下放置24小时待聚氨酯膜老化。然后采用浓度为0.5M的磷酸溶液中在室温下浸泡24小时可以溶去氧化铝模板。取出聚氨酯膜，用流水冲洗，蒸馏水洗净，热风吹干。

实施例二

(1)制备氧化铝模板；

(1-1)将纯度为99.99％的铝板，裁剪成0.2mm×15mm×60mm的试样，将铝板放入温度为400℃的空气炉中进行热处理，试样在炉中的保温时间为6小时；

(1-2)将上述热处理后的铝板用浓度为10％的氢氧化钠水溶液浸泡处理，浸泡时间为0.5min，浸泡后取出立刻用清水洗净；

(1-3)然后将上述氢氧化钠水溶液处理后的铝板进行电化学抛光，电化学抛光液为高氯酸与乙醇体积比为1∶4的高氯酸乙醇溶液，阴极为铜，电化学抛光的电压为30V，时间约0.5min。将电化学抛光后的铝板用流水冲洗5min，蒸馏水洗净。

(1-4)将上述电化学抛光后的铝板进行阳极氧化，所述阳极氧化的电解液为浓度为0.1M的磷酸水溶液，电压为150V，不锈钢为阴极，硫酸水溶液温度为20℃，时间为1小时，然后将铝板取出后流水冲洗5min，蒸馏水洗净。

(1-5)使用饱和的HgCl₂水溶液将上述得到的氧化铝模板进行脱模处理；

(1-6)将脱模后的氧化铝模板用浓度为0.5M的磷酸水溶液扩孔，浸泡时间为l小时，溶液温度为30℃，然后取出后用流水冲洗10min，蒸馏水超声清洗5min，然后热风吹干，备用。

(2)制备医用高分子浆料；

采用特氟龙(Teflon)涂料。

(3)将上述第(1)步制备的氧化铝模板垂直浸入特氟龙(Teflon)涂料中，停留片刻后提出，在红外灯下烘干。随后室温下放置24小时待高分子膜老化。

然后采用浓度为0.5M的磷酸溶液中在室温下浸泡24小时可以溶去氧化铝模板。

取出高分子膜，用流水冲洗，蒸馏水洗净，热风吹干。

实施例三

(1)制备氧化铝模板；

(1-1)将纯度为99.99％的铝板，裁剪成0.3mm×15mm×60mm的试样，将铝板放入温度为450℃的空气炉中进行热处理，试样在炉中的保温时间为5小时；

(1-2)将上述热处理后的铝板用浓度为1％的氢氧化钠水溶液浸泡处理，浸泡时间为5min，浸泡后取出立刻用清水洗净；

(1-3)然后将上述氢氧化钠水溶液处理后的铝板进行电化学抛光，电化学抛光液为高氯酸与乙醇体积比为1∶4的高氯酸乙醇溶液，阴极为石墨，电化学抛光的电压为4V，时间约10min。将电化学抛光后的铝板用流水冲洗5min，蒸馏水洗净。

(1-4)将上述电化学抛光后的铝板进行阳极氧化，所述阳极氧化的电解液为浓度为0.5M的磷酸水溶液，电压为60V，铜板为阴极，硫酸水溶液温度为15℃，时间为3小时，然后将铝板取出后流水冲洗5min，蒸馏水洗净。

(1-5)使用饱和的HgCl₂水溶液将上述得到的氧化铝模板进行脱模处理；

(1-6)将脱模后的氧化铝模板用浓度为0.1M的磷酸水溶液扩孔，浸泡时间为3小时，溶液温度为40℃，然后取出后用流水冲洗10min，蒸馏水超声清洗5min，然后热风吹干，备用。

(2)制备医用高分子浆料；

将医用聚氯乙烯溶解到丙酮中制备成浓度为15％(质量分数)的浆料，然后静置24小时备用。

(3)将上述第(1)步制备的氧化铝模板垂直浸入上述浆料中，停留片刻后提出，在红外灯下烘干。随后室温下放置24小时待高分子膜老化。

然后采用浓度为0.5M的磷酸溶液中在室温下浸泡24小时可以溶去氧化铝模板。

取出高分子膜，用流水冲洗，蒸馏水洗净，热风吹干。

本发明所述的方法制得的医用高分子超疏水膜具有微米/纳米的结构特征，从而具有超疏水性能，其用于人造血管、血管支架、血管支架覆膜及其它血液接触材料与器件的制造或表面改性。

本发明所述方法制得的聚氨酯疏水膜的性能：

用显微镜观察通过本发明所述方法获得的医用高分子膜。通常与空气接触的医用高分子膜表面非常光滑，而在氧化铝模板上成形的医用高分子膜的表面则很粗糙，存在微米尺度的孔隙和其上分布的纳米尺度的高分子链。

医用高分子膜表面的疏水性通过水滴在表面的形态及用接触角测量仪测得的接触角进行表征。

医用高分子膜表面的抗凝性用血小板粘附试验测定，即将一滴全血滴在医用高分子膜表面，保留一定时间后洗去未粘附的血小板，然后在电镜下观察粘附在表面的血小板的数量和形态。

用浓度为20％的医用聚氨酯浆液制备的医用聚氨酯膜，其与空气接触和与氧化铝模板接触的两种表面的形貌分别见图1和图2。

用注射器吸取蒸馏水滴注在通过本发明所述方法制备的聚氨酯膜的两面上，如图3所示，聚氨酯膜与氧化铝模板接触的表面3-1，以及聚氨酯膜与空气接触的表面3-2，水在上述两种表面上的铺展情况(参见图3)。经测量蒸馏水在两种表面上的接触角分别为158°和85°。

将一滴全血(兔血)分别滴在上述所述聚氨酯的两种表面上，保留5min，然后将它们放入PBS缓冲液中(pH＝7.2)冲洗。随后将聚氨酯膜浸入戊二醛固定液(25％戊二醛0.4mL、0.2mol/L PBS缓冲液5mL、二次蒸馏水4.6mL)中固定30min后，依次浸入40％、60％80％、100％的乙醇/水溶液中脱水，每次10min。于超净环境下自然干燥。用显微镜观察聚氨酯膜与氧化铝模板接触的表面上的血液组分的粘附情况4-1，以及聚氨酯膜与空气接触的表面的血液组分的粘附情况4-2(参见图4)，与模板接触的聚氨酯表面吸附的血液组分明显减少。

Claims (7)

1、一种医用高分子超疏水膜的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：

第一步，制备氧化铝模板，其包括：

将具有一定纯度的铝板进行热处理，以消除铝板的内应力，使晶粒长大且形状规则均匀，将上述热处理后的铝板放入具有一定浓度的氢氧化钠水溶液中浸泡，以去除铝板表面的天然的氧化膜层，然后将上述浸泡处理后的铝板进行电化学抛光，以获得平整的表面；

将上述电化学抛光后的铝板放入电解液中进行阳极氧化，以获得多孔的氧化铝膜层，然后，将上述阳极氧化后的铝板模板进行脱模处理；

将上述脱模后的氧化铝模板进行扩孔，以保证模板上的孔通畅，便于高分子浆料填充其内；

第二步，制备医用高分子浆料：

将医用高分子溶解在适当的溶剂中制备成具有一定浓度的医用高分子浆料；

第三步，用模板法制备医用高分子的超疏水膜：

将上述第二步中得到的医用高分子浆料涂敷到第一步所制得的氧化铝模板的表面，并使医用高分子浆料中的溶剂完全挥发，使医用高分子老化，然后用合适的溶剂溶去氧化铝模板，获得单一的医用高分子膜，最后将医用高分子膜洗净，并干燥。

2、根据权利要求1所述的一种医用高分子超疏水膜的制备方法，其特征在于：

所述热处理的加热温度范围可为400℃～500℃，保温时间范围为4小时～6小时；

所述氢氧化钠水溶液的重量浓度百分比范围为1％～10％，浸泡时间为0.5min～5min；

所述电化学抛光的抛光液可以选用一定浓度的高氯酸乙醇溶液，高氯酸与乙醇的体积比范围为1∶4，铝板接阳极，阴极可以选用铝、不锈钢、铜或者石墨等，电化学抛光的电压范围可为4V～30V，时间为0.5min～10min；

所述阳极氧化的电解液为0.1M～0.5M的磷酸水溶液，阳极氧化的电压范围分别60～150V，电解液的温度范围为0～20℃，电解时间为1小时～6小时，阴极可以是铝、不锈钢、铜或者石墨等；

使用饱和的HgCl₂水溶液溶去铝来对铝板模板进行脱模处理；

选用一定浓度的磷酸水溶液对脱模后的氧化铝模板进行扩孔，磷酸水溶液的浓度为0.1～0.5M，浸泡时间为0.5小时～3小时，磷酸液的温度为30℃～60℃；

所述医用高分子浆料的质量百分比浓度为5％～20％。

3、根据权利要求1所述的一种医用高分子超疏水膜的制备方法，其特征在于：

还可以使用反电位电化学分离来对铝板模板进行脱模处理。

4、根据权利要求1所述的一种医用高分子超疏水膜的制备方法，其特征在于：

所述医用高分子浆料的制备过程中可以采用搅拌及超声，以辅助溶解和保证溶体浆料的成分均匀，医用高分子浆料制备后静置一天以去除其中的气泡。

5、根据权利要求1所述的一种医用高分子超疏水膜的制备方法，其特征在于：

可以使用自然干燥或用红外灯下烘干使所述医用高分子浆料中的溶剂完全挥发，并通过继续在室温下放置24小时使医用高分子老化。

6、根据权利要求1所述的一种医用高分子超疏水膜的制备方法，其特征在于：

在所述第三步中，所述合适的溶剂可以是一定浓度的碱性水溶液或一定浓度的酸性水溶液等。

7、根据权利要求1所述的方法制备的医用高分子超疏水膜，其特征在于：所述医用高分子超疏水膜用于制备人造血管、心脏瓣膜、血管支架、血管支架覆膜及其它血液接触材料、医疗装置与医疗器件或表面改性。

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