仿昆虫翅微纳结构PDMS膜的制备及血液相容性研究

来源 :长春师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:majinrao
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血液相容性是抗凝血材料的重要研究内容,是评判一种材料能否应用于人体内的重要指标。材料的成分与表面形貌等因素均能影响血液相容性的优劣。昆虫作为自然界中唯一的无脊椎飞行生物,其翅表面为复杂的三维周期介质,具有较好的疏水性能与自清洁性等,是许多学者的仿生研究对象及复制模板。聚二甲基硅氧烷(PDMS)安全无毒,图形复刻精度高,符合软刻蚀技术对弹性模板材料的要求。本研究选用地熊蜂(Bombus terrestris)、蜻蛉(Ischnura heterosticta)及东亚飞蝗(Locusta migratoria manilensis)三种昆虫翅表面为模板,利用软刻蚀法,通过二次转写法,分别制备了三种具有微粗糙结构的PDMS仿生膜,每种昆虫翅分为2个区域,共6个区域(记为A-F区)。观察昆虫翅及PDMS仿生膜表面微观结构,分析昆虫翅化学成分,测定样品表面对水滴和血液的润湿性,计算其表面自由能,并对仿昆虫翅表面PDMS仿生膜的血液相容性进行了初步评估。结果表明:(1)三种昆虫翅的特征吸收峰主要归属的化学官能团有O-H、N-H、C-H、C-O及双键官能团,由蛋白质、脂类以及几丁质所构成,是天然的疏水表面。(2)地熊蜂A区翅表面与PDMS仿生膜表面均分布着规则排列的微米级臼状突结构,不光滑表面具有纳米级的螺纹状刻纹;地熊蜂B区翅表面与PDMS仿生膜表面分布着尺寸不同的近似平行四边形微米级乳突状结构,乳突顶端为纳米级结构;蜻蛉C、D区翅表面与PDMS仿生膜表面布满凹凸不平的纳米级波浪形褶皱,C区与D区翅脉分布着不同形貌的微米级圆锥状纤突;东亚飞蝗E区、F区翅与PDMS仿生膜表面分布着多条纵横交错的脊状凸起及数量众多的微米级乳突状结构。其中蜻蛉D区翅表面与PDMS仿生膜表面d/l间均比值小于其他区域。(3)三种昆虫翅表面均为疏水性表面,水滴静态接触角(CAS)为118.6145.7°,PDMS仿生膜水滴接触角为102.9135.8°,接触模式符合Cassie方程;昆虫翅与PDMS仿生膜的表面能数值随d/l间均比值的减小而减小,PDMS仿生膜的血液接触角为108.4127.8°,接触模式亦符合Cassie方程。(4)与对照组光滑PDMS膜表面相比,不同形貌区域PDMS仿生膜表面聚集、黏附的血小板数量更少,且形态变化较小。在相同视野下,AF区的血小板数量分别为1.74×104、2.78×104、0.93×104、0.46×104、1.85×104和1.79×104个/cm2。(5)不同形貌区域的PDMS仿生膜(AF区)的溶血率分别为3.43%、4.66%、2.31%、2.06%、3.96%和3.59%,均达到5%以下的生物医用标准,且低于光滑PDMS膜的溶血率4.82%。(6)不同形貌区域PDMS仿生膜的动态凝血时间实验中地熊蜂A区PDMS仿生膜在10 min的吸光度值(0.091 L/(g·cm))优于其他区域PDMS仿生膜;蜻蛉C区PDMS仿生膜在30 min的吸光度值(0.036 L/(g·cm))优于其他区域PDMS仿生膜;蜻蛉D区PDMS仿生膜在20 min、40 min、50 min的吸光度值(0.058、0.033、0.034 L/(g·cm))均优于其他区域PDMS仿生膜,表明蜻蛉D区仿生膜的血液相容性优于其他区域仿生膜。(7)具有微粗糙结构的PDMS仿生膜优于光滑PDMS膜。在PDMS仿生膜中,以蜻蛉D区为模板的PDMS仿生膜的血液相容性最好,其d/l间均比值最小(0.050),粗糙度最大,表面能最大(9.453 mJ/m2),疏水性最强(接触角均值134.3°),疏血性最强(接触角均值127.8°),同时血小板数量少,且形态未被激活,溶血率最低(2.06%)。在3050 min内动态凝血时间吸光度曲线更为平缓,抗凝血性能优于其他区域PDMS仿生膜,为生物医用材料的改性提供了新的思路。
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