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医用材料与血液接触时由于表面的蛋白质吸附和血小板粘附,最终引起凝血和血栓形成。而材料与血液间的相互作用受材料表面的表面自由能、成分、结构、亲/疏水性、表面形貌、表面电荷等因素的影响。为提高血液相容性,对材料表面进行改性的方法包括肝素化、类肝素化、亲水性修饰、磷酰胆酯基团修饰、内皮细胞化、白蛋白修饰等。丝素具有优良的生物相容性,是潜在的血液接触性材料,本论文探索了丝素的改性方法以提高其血液相容性。
为研究肝素接枝或共混的丝素体系中肝素的释放,探索了接枝或共混体系中所释放的肝素的含量测定方法。首先采用甲苯胺蓝间接分光光度法,在pH为7.4的磷酸盐缓冲生理盐水中,甲苯胺蓝与肝素钠之间以静电引力作用以一定的比例结合形成络合物。在适宜的甲苯胺蓝用量范围内,体系中甲苯胺蓝在629nm处的吸光度降低值与一定范围的肝素钠浓度成线性关系;此外,未结合的甲苯胺蓝吸光度也同样与肝素钠浓度成线性关系。通过萃取移去络合物,测定体系水溶液中未被肝素钠络合的甲苯胺蓝的吸光度,可以测定肝素钠的含量。该方法的线性较好但重现性有待改善。为进一步改善重现性,探索了甲苯胺蓝直接分光光度法测定肝素钠含量。由于在适宜条件下,体系中已被络合与未被络合的甲苯胺蓝吸光度都与肝素钠浓度成线性关系;因此采用不萃取移去络合物而直接测定体系吸光度的直接分光光度法测定肝素钠含量。该法步骤更简单,稳定性更好,解决了重现性问题,用于测定共混体系所释放肝素含量的效果优于甲苯胺蓝间接分光光度法。
制备了丝素粉体与非水溶性医用聚氨酯的共混膜,利用甲苯胺蓝间接分光光度法探索了共混膜中肝素钠的释放速度及其影响因素。共混膜中丝素比例的增大、肝素钠的负载量的增加以及共混膜厚度的增大都有利于肝素钠的缓释。与纯聚氨酯膜相比,丝素比例的增大还有利于共混膜上肝素钠负载量的增大,从而在保持肝素的高抗凝血活性的前提下,提高其抗凝血活性的长效性。体系能实现肝素钠的控制释放。全血凝固时间和活化部分凝血活酶时间的测定表明聚氨酯与丝素共混材料具有良好的血液相容性。
为制备非水溶性聚氨酯与丝素的均相共混膜,采用离子液体为丝素的溶剂,将丝素溶液与非水溶性聚氨酯的 N,N-二甲基甲酰胺溶液共混,得到了不同比例的均相共混膜。红外光谱分析表明,共混膜中丝素与聚氨酯之间产生了化学键的连接,且丝素以β-折叠结构存在。丝素的增多,使共混膜亲水性增大。凝血酶时间的测定表明,均相共混膜具有较好的抗凝血性。聚氨酯与丝素的共混,提高了丝素膜的柔韧性。
由于丝素大分子中活性基团较少,为使丝素分子能有效地进行抗凝血性的化学改性,将丝素粉体与六亚甲基二异氰酸酯反应,引入-NCO基团,再将得到的SF-NCO水解得到 SF-NH2。利用引入的较多活性氨基,使 SF-NH2与丙磺酸内酯作用,得到了磺酸化改性的丝素粉体。红外光谱、元素分析以及 X-射线光电子能谱结果表明,先将丝素经氨基化改性后再磺酸化,可以在丝素大分子中引入较多量的类肝素基团-SO3H:而丝素直接与丙磺酸内酯反应无法在丝素大分子上引入磺酸基。即将 SF先氨基化再进行其它改性是一种解决丝素反应活性基团较少的有效方法。氨基化丝素的磺化增加了其亲水性。
探索了丝素与具有良好生物相容性的亲水性高分子聚乙二醇(PEG)接枝的方法。为提高聚乙二醇的反应活性,首先将聚乙二醇经对甲苯磺酸酯酯化和氨解制得双端氨基聚乙二醇,再利用 H2N-PEG-NH2与同样引入了活泼异氰酸酯基的活化丝素 SF-NCO作用,制得了聚乙二醇接枝的丝素 SF-PEG,同时将 SF-PEG进一步磺化,得到磺化产物SF-PEG-SO3H。通过红外光谱和元素分析对产物结构进行了表征。聚乙二醇的引入以及-SO3H的进一步引入都增加了材料的亲水性。
为避免使用浓硫酸,探索了在丝素分子中先引入双键,利用双键与稀硫酸加成的方法在丝素分子中引入类肝素基团硫酸根。为使丝素分子能引入双键,采用了含有活泼的环氧基团的烯丙基缩水甘油醚,使之与丝素残基中的活泼氢作用,制备了 SF-CH=CH2和 SF-NH-R-CH=CH2。利用此二者和50%硫酸作用,得到了硫酸酯化丝素。结果表明,将丝素先进行双键化再进行其它改性是一种可行的方法。
针对丝素改性多数是利用丝素纤维在非均相体系中或利用再生的丝素水溶液进行,尝试了以离子液体为反应溶剂的均相反应体系。首先采用氨基磺酸作为丝素硫酸酯化试剂制备硫酸酯化丝素 SF-OSO3H;同时对比了利用氯磺酸在离子液体中和丝素进行均相反应的硫酸酯化效果和利用氯磺酸和丝素纤维在非均相体系中反应的硫酸酯化效果。另外,以离子液体为溶剂,与烯丙基缩水甘油醚反应得到了双键改性的丝素 SF-CH=CH2。实验结果表明离子液体是丝素进行化学改性的优良反应溶剂,步骤简单,反应温和且反应时间短,接枝率等改性效果优于其它改性方法。
本论文涉及到的丝素改性产物都进行了抗凝血性效果测试,结果表明,SF-PEG-SO3H抗凝血性最好,其 APTT值超过仪器检测值。SF先引入双键再硫酸化的产物的抗凝血性也较好。此外离子液体为溶剂的氯磺酸使SF硫酸酯化以及氨基磺酸化改性等方法都提高了 SF的抗凝血性。