聚多巴胺介导的PVC导尿管表面亲水润滑性的增强研究

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聚氯乙烯(PVC)导尿管是临床上十分常用的导尿管之一,它具有优良的力学性能、细胞毒性低、较好的生物相容性以及价格低廉等优点,在国内外市场上都占有很大的份额。但是由于PVC导尿管,特别是国产PVC导尿管的疏水性和较大的摩擦力,在插入和拔出患者尿道时通常会损伤尿道黏膜和组织,引起患者的刺痛或烧灼感,甚至可能引发导尿管相关性尿路感染(catheter-associated urinary tract infection,CAUTI)。因此通过物理或化学的手段对PVC导尿管进行表面修饰改性,形成亲水润滑涂层,赋予其较好的表面性能是解决这些问题的有效途径。考虑到导尿管在复杂的体液环境中使用,涂层的牢固性和稳定性十分重要。受海洋贻贝在恶劣的海水环境中表现出的超强黏附性的启发,其衍生物多巴胺受到极大关注。多巴胺沉积形成的聚多巴胺层不仅有良好的黏附性,还有二次反应的优势,且经其改性后的材料无毒,生物相容性好,因此基于多巴胺的材料改性技术被广泛运用于生物医学领域。本论文充分利用多巴胺的黏附性能和二次反应优势对国产PVC导尿管进行亲水润滑改性,期望增加病人的舒适感,降低CAUTI的发生率。本论文的主要内容为:(1)对PVC导尿管表面首先用氧等离子体处理,再利用多巴胺能在弱碱性的溶液中氧化自聚的原理,将其修饰在PVC导尿管表面形成稳定的聚多巴胺层,以备后续接枝。通过相关理化表征,发现经氧等离子体处理后的PVC导尿管表面引入了少量活性基团,且经相同时间的多巴胺修饰后,颜色更深,润湿性更好;经多巴胺修饰后,PVC导尿管表面形成聚多巴胺层,粗糙度变强,润湿性变好,摩擦力下降。(2)充分利用聚多巴胺能进行二次反应的特点,将带有氨基(-NH2)的聚乙二醇(甲氧基聚乙二醇胺,m PEG-NH2)作为亲水润滑改性高分子材料与聚多巴胺层通过席夫碱(Schiff’s Base)原理或迈克尔(Michael)加成法形成共价键引入PVC导尿管表面。通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、衰减全反射傅里叶红外光谱仪(ATR-FTIR)、接触角测试仪及滑动性能测试仪等对其进行理化表征,发现m PEG-NH2有效的通过聚多巴胺的介导接枝在PVC导尿管表面,粗糙度较多巴胺修饰后降低,接触角从修饰前的约73°下降到约42°,微观摩擦力约降为原来的69%,宏观最大摩擦力约降为原来的40%,平均摩擦力约为原来的30%,达到一定的亲水润滑效果,且稳定性较好。(3)鉴于m PEG-NH2较高的价格,考虑到成本因素,利用聚乙烯醇(PVA)与甘氨酸进行酯化反应,自制带有-NH2的聚乙烯醇(PVA-G)替代m PEG-NH2。使用傅里叶红外光谱仪(FTIR)和核磁共振波谱仪(NMR)对产物PVA-G进行表征,证明酯化反应成功。仿照m PEG-NH2接枝改性的条件,使用PVA-G对多巴胺修饰后的PVC导尿管表面进行接枝改性。通过同样的手段对改性后的PVC导尿管进行理化表征,发现:PVA-G通过聚多巴胺的介导成功接枝在导尿管表面,接枝后的材料表面粗糙度降低,接触角从修饰前的约73°下降到约52°,微观摩擦力约降为原来的75%,宏观最大摩擦力约降为原来的43%,平均摩擦力约降为原来的30%,且涂层稳定性较好。说明自制价廉的PVA-G对与m PEG-NH2的接枝效果相当,也使得PVC导尿管表面达到较好的亲水润滑效果。
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