CN1778399A

CN1778399A - 取向聚合物/液晶复合膜血液相容性生物材料及其制备方法

Info

Publication number: CN1778399A
Application number: CN 200510100021
Authority: CN
Inventors: 屠美; 冯博华
Original assignee: Jinan University
Current assignee: Jinan University; University of Jinan
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: CN100349626C

Abstract

本发明涉及一种取向聚合物/液晶复合膜血液相容性生物材料，由聚合物和液晶化合物在电场作用下制成，所述聚合物是医用聚醚型聚氨酯和医用聚氯乙稀，液晶化合物是胆甾型液晶；其制备方法包括如下步骤：将聚合物与液晶化合物溶解在溶剂中，得到的混合液倒入连有电极的下层铜板中，待溶液在模板框格内流延均匀后，在其上方平行放置另一块连有电极的铜板，电场作用下通过混合液中的溶剂挥发形成复合膜；减压干燥除去残留的溶剂；得到的生物材料表面液晶畴的取向排列接近于血管内膜液晶分子的取向性能，最终使材料的抗凝血性能达到人体器官抗凝血性能的要求，并使材料表面与人体组织界面之间的生物相容性接近人体组织之间的生物相容性。

Description

取向聚合物/液晶复合膜血液相容性生物材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及用作制造人工器官及其它与血液直接接触的取向聚合物/液晶复合膜血液相容性生物材料及其制备方法。

背景技术

血液相容性材料的研究与开发历史悠久，从无机材料到有机材料；从天然材料，半合成材料到合成材料，都曾选作血液相容性材料进行研究与开发。目前临床应用的血液相容性材料有医用聚氨酯、医用聚硅氧烷，医用聚氯乙烯等，曁南大学的周长忍曾制备了聚合物/液晶复合膜来改善材料的血液相容性，并取得一定成效。然而，若将这类复合材料用于制造人工器官及其它与血液直接接触的生物材料时还存在以下不足之处：

1、复合材料的抗凝血性能与人工器官的抗凝血性能之间存有差异，致使材料与血液接触时仍然存在直接或间接地导致血液成分改变或血栓生成的现象；

2、材料表面性能还未达到血管内膜所具备的性能，材料表面与人体组织界面之间的生物相容性与人体组织之间的生物相容性还存在一定差距。

尽管目前所研制的聚合物/液晶复合膜能有效改善基质材料的抗凝血性能，但离理想血液相容性生物材料的要求还有相当的差距。究其原因，一是由于现阶段对聚合物/液晶复合膜的研究只限于宏观行为，即只对复合材料血液相容性的指标进行测试，并未对复合膜的表面形态结构(如复合膜表面液晶畴的形状、尺寸，取向性等)作深入的考察和研究；二是人们至今还未能真正掌握材料的表面结构特征与血液相容性之间的关系，无法真正以材料的表面结构形态与血液相容性之间的关系为依据对生物材料进行分子设计。

因此，要想开发出一种理想的血液相容性生物材料，应该了解人体器官，尤其是了解血管内膜为何具备优异的血液相容性。现代生物学研究表明，健康的生命体系是一个有机有序的整体，生命体系中所有的生物膜都具有典型的液晶态结构，尤其是血管内膜与血液长期接触的细胞膜表面均处于流动的类脂层液晶态，而且这种液晶态结构中的液晶分子既具有一定的流动性，又具有一定的取向性。任何破坏血管内膜有序排列的因素都可导致血栓的形成，而处于有序流动的液晶态表面的膜材料，可获得良好的血液相容性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种类似于血管内膜表面结构形态的取向聚合物/液晶复合膜血液相容性生物材料，使材料表面液晶畴的取向排列接近于血管内膜液晶分子的取向性能，最终使材料的抗凝血性能达到人体器官抗凝血性能的要求，并使材料表面与人体组织界面之间的生物相容性接近人体组织之间的生物相容性。

本发明的目的还在于提供所述取向聚合物/液晶复合膜血液相容性生物材料的制备方法。

本发明的取向聚合物/液晶复合膜血液相容性生物材料由聚合物和液晶化合物在电场作用下制成，所述聚合物是医用聚醚型聚氨酯(简称PU)和医用聚氯乙稀(简称PVC)；液晶化合物是胆甾型液晶(简称LC)，聚合物和液晶化合物的质量比是PU∶LC＝80∶20～40∶60；PVC∶LC＝90∶10～70∶30。

所述胆甾型液晶化合物是本实验室自制的化合物，分别是胆甾醇三缩四乙二醇(简称CTgC)、胆甾醇二缩三乙二醇(简称CTC)和胆甾醇一缩二乙二醇(简称CDC)。

所述取向聚合物/液晶复合膜血液相容性生物材料的制备方法如下：

(1)将聚合物与液晶化合物溶解在溶剂中，配成质量分数为5～12％的混合液；

(2)将步骤(1)得到的混合液倒入连有电极的下层铜板中，待溶液在模板框格内流延均匀后，在其上方平行放置另一块连有电极的铜板，通电，调节两电极电压，使两铜板间的电场强度在2.0×10⁴～4.0×10⁴N/C之间，电场作用下通过混合液中溶剂挥发形成复合膜；

(3)步骤(2)形成的复合膜减压干燥12～24小时除去残留的溶剂。

所述溶剂是聚合物和液晶化合物的共溶剂，例如二氯乙烷、四氢呋喃或石油醚。

在成膜过程中，聚合物与液晶混合溶液的浓度应控制在5～12％(Wt％)之间，浓度太低难以成膜，且膜易卷曲；浓度太高，混合液中的气体难以去除导致复合膜中产生气泡，影响膜的质量及强度。

电场强度对聚合物/液晶复合膜中液晶畴取向性的影响。当聚合物与液晶的混合溶液在电场下通过溶剂挥发成膜时，电场强度对成膜后复合膜中液晶畴的取向排列有影响。电场强度只有在2.0×10⁴～4.0×10⁴N/C范围内，在成膜过程中，液晶畴才能形成适宜的取向排列，复合膜的血液相容性才能得到较大程度的改善。

基材及液晶含量对取向聚合物/液晶复合膜血液相容性的影响。在同样的电场强度下，复合膜中基材的种类和液晶的含量对其血液相容性有较大程度的影响。对于取向PU/LC复合膜，在液晶质量分数为20～60％的范围内，所有取向复合膜的血液相容性与非电场作用下的复合膜及纯基材相比，均得到明显的改善；而对于取向PVC/LC复合膜，只有液晶质量分数在10～30％的范围内，复合膜的血液相容性才得以改善，且抗凝血性能优于相同条件下的取向PU/LC复合膜；当液晶质量分数大于(等于)40％，复合膜的血液相容性逊色于相同条件下的取向PU/LC复合膜，与纯基材相比无显著性差异。通过皮肤刺激试验，皮内刺激试验，热源试验及全身急性毒性试验表明，上述所有材料均对生物体表现出良好的生物相容性，可作为体内植入材料使用。

取向聚合物/液晶复合膜中液晶的含量对膜的强度有较大的影响，如纯PU膜的拉伸强度为16Mpa，断裂伸长率为500，而取向PU/LC复合膜中当液晶质量分数为40％时，其拉伸强度为10Mpa，断裂伸长率为340。成年人动脉血管轴向和纵向的抗断强度分别为2.4Mpa和1.5Mpa，断裂伸长率为200左右。因此，尽管液晶化合物的加入使复合膜的强度有所减小，但从力学强度层面上讲该复合膜仍可用于制造人工血管。

正交偏光显微镜的观察结果显示，对本发明所涉及的取向聚物/液晶复合膜，其中取向PVC/LC膜当液晶质量分数为20％时，膜表面就开始呈现出明显的液晶畴的形貌特征，扫描电镜观察结果亦显示，取向PVC/LC复合膜表面均呈现类似密集网格形状的规整排列形貌特征；原子力显微镜观察结果显示膜表面呈现较陡峭的山峰状；对于取向PU/LC膜，当液晶质量分数在30％以上，复合膜表面可观察到明显的液晶畴现象，扫描电镜观察结果亦显示复合膜表面具有规整排列形貌特征；原子力显微镜观察结果显示膜表面呈现较平缓的山峰状。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明提供的取向聚合物/液晶复合膜血液相容性生物材料，由于调整了膜表面液晶畴的取向性，更客观真实地仿造了血管内膜的液晶态结构，其抗凝血性能基本达到人体器官抗凝血性能的要求，在实际应用和理论上提供了制备新型血液相容性材料的一个新途径；

2、本发明模仿血管内膜与细胞膜的表面结构形态，利用液晶态的低粘度、高流动性、易膨胀性和有序性的特点，通过电场作用调节聚合物/液晶复合膜中液晶畴的取向排列状态，使复合膜表面的液晶态结构更接近血管内膜的表面结构特征，且膜表面与人体组织界面之间的生物相容性接近人体组织之间的生物相容性；

3、本发明取向聚合物/液晶复合膜血液相容性生物材料的溶血率为0.029～2.5％，低于生物材料溶血率要求的5％；

4、本发明提供一种取向聚合物/液晶复合膜血液相容性生物材料的制备方法，操作简单易行。

具体实施方式

实施例1

称取1.95g医用级聚氯乙烯固体颗粒，使其在搅拌下溶解于19.74mL经纯化蒸馏过的四氢呋喃(AR)中，配制成均一溶液。称取纯化后的胆甾醇液晶CTgC 1.30g溶于13.16mL上述纯化四氢呋喃中，配制成均一溶液。按液晶与聚合物的质量比1∶9、2∶8、3∶7分别配成均匀的混合液。将各配比混合液分别浇于下层铜制模板槽中，上层放置同样大小的铜板，上、下层铜板均连有电极，固定上、下层铜板间距为0.005m。调节上、下层铜板电极的电压，使两块铜板间形成一均匀的电场，电场强度为2.0×10⁴～4.0×10⁴N/C，采用溶剂蒸发法，室温下在此匀强电场中成膜。温度：20～40℃，湿度：45～75％。当聚合物及液晶的混合溶液在铜制模板中成膜后，取出此复合膜置于真空干燥器中，减压至10mmHg，干燥12小时，然后将压力调至正常大气压，在干燥器内放置一周，制成本发明的取向聚合物/液晶复合膜血液相容性材料。复合膜的溶血率为1.1％。

实施例2

称取1.21g医用级聚氨酯固体颗粒，使其在搅拌下溶解于经纯化蒸馏过的12.25mL四氢呋喃(AR)中，配制成均一溶液。称取纯化后的胆甾醇液晶CTC 0.81g溶于8.20mL四氢呋喃中，配制成均一溶液。按液晶与聚合物质量比2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4，分别配成均匀的混合液。将各配比混合液分别浇于底层铜制模板上，上层放置同样大小的铜板，上、下层铜板均连有电极，固定上、下层铜板间距为0.005m，调节上、下层铜板电极的电压，使两块铜板间形成一均匀的电场，电场强度为3.0×10⁴～4.0×10⁴N/C，采用溶剂蒸发法，室温下在此匀强电场中成膜。温度：20～40℃，湿度：45～75％。当聚合物及液晶的混合溶液在铜制模板中成膜后，取出此复合膜置于真空干燥器中，减压至5mmHg，干燥10小时，然后撤消减压，在干燥器内放置一周，制成本发明的取向聚合物/液晶复合膜血液相容性材料。复合膜的溶血率为2.2％。

实施例3

将3.5g医用PVC溶解在经纯化蒸馏过的25.06mL二氯乙烷溶剂中，搅拌使其成为均一溶液；称取纯化后的胆甾醇液晶CDC 1.62g溶于11.60mL二氯乙烷中，配制成均一溶液。按液晶与聚合物的质量比2∶8、3∶7、4∶6分别配成均匀的混合液。将各配比混合液分别浇于下层铜制模板槽中，上层放置同样大小的铜板，上、下层铜板均连有电极，固定上、下层铜板间距为0.005m。调节上、下层铜板电极的电压，使两块铜板间形成一均匀的电场，电场强度为2.0×10⁴～4.0×10⁴N/C，采用溶剂蒸发法，室温下在此匀强电场中成膜。温度：20～40℃，湿度：45～75％。当聚合物及液晶的混合溶液在铜制模板中成膜后，取出此复合膜置于真空干燥器中，减压至10mmHg，干燥12小时，然后将压力调至正常大气压，在干燥器内放置一周，制成本发明的取向聚合物/液晶复合膜血液相容性材料。复合膜的溶血率为1.5％。

Claims

1、一种取向聚合物/液晶复合膜血液相容性生物材料，其特征在于由聚合物和液晶化合物在电场作用下制成，所述聚合物是医用聚醚型聚氨酯(简称PU)和医用聚氯乙稀(简称PVC)；液晶化合物是胆甾型液晶(简称LC)，聚合物和液晶化合物的质量比是PU∶LC＝80∶20～40∶60；PVC∶LC＝90∶10～70∶30。

2、根据权利要求1所述的取向聚合物/液晶复合膜血液相容性生物材料，其特征在于所述胆甾型液晶化合物是胆甾醇三缩四乙二醇、胆甾醇二缩三乙二醇或胆甾醇一缩二乙二醇。

3、权利要求1或2所述取向聚合物/液晶复合膜血液相容性生物材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将聚合物与液晶化合物溶解在溶剂中，配成5～12％质量的混合液；

(2)将步骤(1)得到的混合液倒入连有电极的下层铜板中，待溶液在模板框格内流延均匀后，在其上方平行放置另一块连有电极的铜板，通电，调节两电极电压，使两铜板间的电场强度在2.0×10⁴～4.0×10⁴N/C之间，电场作用下通过混合液中的溶剂挥发形成复合膜；

(3)将步骤(2)形成的复合膜减压干燥10～24小时除去残留的溶剂。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述溶剂是二氯乙烷、四氢呋喃或石油醚。