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PEU/LCP生物复合材料制备及性能研究

张文彬  
【摘要】:本文研究工作的目的在于研制用于人工血管的新型聚合物材料。首先实验室以聚丙烯酰胺为柔性主链、肝素分子为侧链设计并制备了“T”型侧链高分子液晶,偏光显微镜观察证实该液晶表现为胆甾型液晶特点,采用差热分析对其液晶表现温度范围进行了检测;然后通过一系列化学反应对和该胆甾型液晶进行共混交联的基材聚醚氨酯分子进行了功能化处理,即端基活化和接枝改性,制备了一类具有表面微相分离结构的复合材料。扫描电子显微镜及临界表面张力表面分析表明该表面为亲疏水相微区相间分布,随反应条件的变化,相微区尺寸也随之变化(100 ~1000纳米)。表面分析还证明,复合材料表面层中肝素分子的浓度大于其在材料本体中的浓度,说明了在制膜过程中肝素分子在材料内部发生了能量控制的扩散迁移运动,使得肝素分子在材料表面富集,增加了表面层中低能量组分,降低了复合材料的界面自由能,有提高材料血液相容性的倾向。 本研究工作还对材料的抗凝血性能和力学性能进行了检测。通过复钙实验证实了该复合材料确能提高抗凝血性能。结合复合材料分子水平的设计合成及结构,探讨了该复合材料表面与血液成分相互作用关系,提出在复合材料表面出现并形成了一层处于动态平衡的蛋白质薄层,该薄层的相对稳定,修饰了作为外界物质的复合材料被血液自体系统发现的几率。此外,形成亲水微区的液晶畴在血液流经时会相对吸水膨胀,增大本身具有较好抗凝血性能的液晶表面,提供肝素分子以更大活动空间以便维持肝素的正常构象,肝素正常构象的保持,又成功介导蛋白质在复合材料表面动态成膜。表面接触角测定证明了这一点。考虑到生物医用材料应具备一定的力学强度,本实验对复合材料进行了应力-应变实验和动态力学实验,结果表明,相对于纯聚醚氨酯薄膜材料,该复合材料表现为更大的应力应变倾向。力学性能随复合材料中液晶相含量的不同而变化。具有增强力学强度的复合材料将在生物支架(如人工血管)临床应用方面表现更好的前景。 总之,该复合材料具有优良的抗凝血性能和增强的力学性能,且制备工艺简单,反应条件温和,具备工业化和产业化前景。但是,本文实验工作尚未对“肝素分子自扩散迁移表面富集”过程的定量控制进行深入研究,实验内容的完整性还有些不足,这些问题的解决将大大有助于复合材料精确分子设计合成和抗凝血机理的解释。


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