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

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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LD50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
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