用于心血管医疗装置的聚氨酯表面构建与生物相容性研究

【摘要】： 本文研究工作的目的在于研制用于心血管组织工程的新型植（介）入型聚合物 材料（表面）。本文设计并合成了一种聚氧乙烯（PEO）与4，4'-二苯甲烷二异氰酸酯 （MDI）的“ABA”（“PEO-MDI-PEO”）型偶联物MPEO；并利用MPEO端羟基的 可反应性在其两端固定了具有特定功能的官能团，从而最终获得了一系列“CABAC” 型（“功能端基-PEO-MDI-PEO-功能端基”）型嵌段偶联物。其中包括十八烷（C-18） 端基的MSPEO、Cibacron Blue（ciba）端基的cibaMPEO，以及多种氨基酸（AA）、 RGD肽和白蛋白（Albumin）、明胶（Gelatin）端基的AA-MPEO、RGD-MPEO、 Albumin-MPEO和Gelatin-MPEO。经鼠体内急性LD_(50)测定和静脉给药的准慢性（受 试期和恢复期）毒性测试，结果表明此类嵌段偶联物无毒并具有良好的动物体内组 织相容性。在体内涉入的安全性得到证实之后，本文以这些嵌段偶联物为表面改性 剂，分别通过本体共混与表面涂层的方法对聚氨酯（PEU）材料进行表面改性处理， 将所得的改性表面用来进行血清蛋白质吸附实验、体外血液相容性实验及人体内皮 细胞相容性实验，从而考察了各种相应改性表面的生物相容性与细胞相容性。 本文首先利用ATR-FTIR、XPS，以及接触角测定法对材料共混组分间的相互作 用原理及表面构象进行了表征。结果表明，在改性剂分子中央的MDI段与PEU硬 段之间存在着羰-氨氢键缔合，而这种氢键缔合构造（“共混氢键接枝”）的产生显著 的提高了共混改性体系的稳定性。同时上述表征的结果还表明，共混-涂层法表面改 性的实现是在改性剂分子本身的两亲性性质和PEU基材的高弹态性质基础上，通过 改性剂分子向共混膜表面的自发迁移与富集而完成的。这种自发迁移的取向与动力 则决定于两亲性改性剂分子的低表面能趋向和亲-疏水性。据此本文分别提出了改性 剂于共混体系空气界面上以C-18端基低表面能趋向为动力的“自迁移表面富集”模 型，以及其相应的以PEO“桥联”亲水性趋向为动力的水界面模型，并在此基础上 发现和提出了“改性剂有限表面流失的本体补偿”机制。由此可见，向聚氨酯体系 中加入少量的MSPEO改性物，在其与基材硬段形成氢键化稳定构造的基础上，可 通过PEO于水相界面的自迁移得到PEO改性的聚合物表面，这种改性方式提供了 对聚氨酯表面进行自组织修饰的简便、有效的途径，为生物相容性聚氨酯材料的表 面设计提供了有效的手段。另外，本文还使用变角XPS技术对改性剂端基在表面层 不同深度处的含量进行了测量，并以之探讨了端基与不同分子尺寸之PEO桥联之间 的相互作用对表面构象的影响，有代表性的提出了短链MSPEO改性物于水相界面 11 摘 要 一 典型的“PEO环形构女’模型．而表面涂层体系较之于本体共混体系，则强化了改 性剂与基材间的不良相容性动力，同时弱化了“自迁移表面富集”的动力学阻力。 本文分别通过ATR．FTIR法和放射性‘’勺示踪法研究了涂层体系（PEU为成膜 剂Xt＊邪＊O和Ct－C山aM匹o的表面蛋自质吸附情况．结果表明，较之于禾改性Ct匹U 表面，改性表面 CtMSPEO和 Ct七ib删PEO可有效阻抗血清纤维蛋白原（Fg）的吸 附，并显著提高表面对血清白蛋白（SSA）的吸附，从而形成高含量的既A可逆性 表面吸附层。同时，BSA－Fg二元蛋白体系的竟争吸附结果证明了改性表面对既A。 （相对于致凝性 Fg）的吸附选捧性。由此可见，PEO和 C刁 术 Ciba复今馒作的 禾西可扯一申原位可巡性为绎二附BSA．在此基础上，本文对改性表面进行 了静态、动态两种体外血液相容性测试．体外静态血浆相容性测试包括血清复钙化 时间（Pm）、凝血酶原时间（叮）和凝血酶时间（n）三种凝血时间测试，血小 板私附实验，以及溶血性实验。这是按凝血过程的三条主要路线—一血浆纤维蛋自 的生成、血小板的私附聚集和血红细胞破裂凝固—一分别进行针对性设计而实施的． 结果表明，涂层改性表面ctMSPEO和ChiMSPEO（壳聚糖为成膜剂、MSPEO为改 性剂）在上述三条线路上都表现了良好的抗凝功能。其中，改性表面对纤维蛋白生 咸过程的阻滞主要作用于延迟了血清凝血酶的生成。而在血液流动剪切条件下的体 外动态血液相容性测试则是在自制的闭合管过环流体系中进行的。最终治果证实了 上逸 面的镣、动忠扰馒血性和血勿帅比，从而确认了MSPEO改以面 尿统的血加客性．改性表面的血液相容性是与该表面的白蛋白选择性吸附行为紧 密相关的，若单靠PEO的简单排斥作用无法获得理想的抗凝血效果。 最后，本文通过在AA．MPEO、RGD·MPEO、Alb皿in－MPEO和Gelatin－MPEO修 饰的PEU表面上进行人体内皮细胞培养，考察了上述改性表面的细胞相客性。分别 进行了粘附率、纯增殖率、MTT法单个细胞活性的表征，并分别利用光学倒置显微 镜（OM）和扫描电子显微镜（SEM）对活细胞形态和困定－脱水后的细胞精细构造 形貌进行了观察。实验结果表明，未改性PEU基材的内皮细胞相客性不良，纯PEO 桥联结构对细胞的私附、生长有排斥和抑制作用，而以贝＊＊三肽序列、明胶蛋白