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聚丙烯由于其化学稳定性好,无毒和价格低廉等特点,使得其在血液和药物的存储输注领域、人工关节、生物芯片等生物医用领域得到广泛应用。但是聚丙烯自身具有较强的疏水性,当其与血液相接触时,会导致蛋白质吸附,进而产生凝血和溶血。当作为血液存储材料时,与聚氯乙烯相比,聚丙烯材料无法达到降低溶血率目的。此外,聚丙烯自身不具有抗菌性,当其作为血液存储材料使用时,细菌感染也会造成凝血以及溶血。 针对以上问题,本论文对聚丙烯材料进行表面亲水改性,进一步进行药物负载及缓释,并且构建了表面具有微纳米结构的聚丙烯,研究了聚丙烯表面和血液中不同组分如蛋白质、血小板以及红细胞之间的相互作用。通过构建“惰性”表面以及释放药物的“活性”表面相结合的方法,制备了具有良好血液相容性,抗氧化性及抗菌性的聚丙烯材料,为改善聚丙烯血液相容性以及拓展聚丙烯在生物医用领域进一步应用提供了思路和方法。 首先利用表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)的方法,在聚丙烯表面接枝聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯(PEGMA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA),进一步活化GMA环氧基团固定牛血清白蛋白(BSA),PEGMA分子链能够有效抑制蛋白质的非特异性吸附,同时有利于保持固定BSA的天然构象。改性膜结构通过衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)和X-光电子能谱(XPS)进行了验证,接枝动力学表明接枝率随着接枝时间呈线性增长关系,证明接枝反应是一个“可控接枝”过程。通过蛋白质吸附,血小板粘附,全血粘附以及溶血率测试,证明BSA亲水性以及静电相互作用可以有效提高聚丙烯的血液相容性,改善其作为血袋材料的性能。本工作利用表面引发原子转移自由基聚合这一可控接枝方法,进一步固定BSA实现了提高血液相容性目的,为制备抵抗蛋白质及血细胞粘附聚丙烯材料提供了制备方法与研究思路。 通过紫外接枝方法在聚丙烯表面接枝温度响应性单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)和阳离子单体N-[3-(二甲氨基)丙基]甲基丙烯酰胺(APMA),ATR-FTIR以及XPS证明接枝反应的成功发生,随着APMA含量的增加接枝率降低及接枝时间的增加接枝率增加。对D-α-生育酚聚乙二醇琥珀酸酯1000(TPGS)进行端羧基化修饰,1HNMR和13CNMR证明了端羧基化修饰的成功。PP-g-P(NIPAAm-co-APMA)可以在低温下负载TPGS,在高温下实现TPGS的缓慢释放。结合溶血率测试,扫描电子显微镜,原子力显微镜以及激光共聚焦显微镜测试结果,提出了TPGS与红细胞在不同阶段的作用机理。在初始阶段,TPGS有利于保持红细胞膜表面纳米尺度凸起,同时增加了红细胞膜的通透性,使得溶血率增加;随后,进入到细胞膜内的TPGS减缓脂质体过氧化,填充在红细胞膜中,抑制红细胞溶血。本工作构建了具有抗凝血以及抗红细胞氧化溶血的聚丙烯材料,并且对TPGS与红细胞的相互作用机理进行了研究,为“远程调控”生物材料与血液中不同成分之间相互作用提供了研究思路。 利用TPGS首次合成了具有抗菌效果的银纳米粒子(AgNPs),紫外分光光度计,透射电镜,zeta电势对合成的AgNPs进行表征,表明AgNPs具有较好的分散稳定性和尺寸均一性。TPGS的引入有利于AgNPs的分散并且避免了AgNPs引发的自由基破坏。通过紫外接枝法将NIPAAm和APMA接枝到聚丙烯膜表面,提供了抗污表面,改性后PP可以作为基体负载TPGS包裹的AgNPs,负载AgNPs的量通过正电荷APMA和负电荷AgNPs之间的静电相互作用调节。通过细菌粘附测试,杀菌效率测试以及生物膜形成测试,证明了AgNPs改性的聚丙烯具有优异的抗菌和杀菌性能。此外,TPGS可以有效降低红细胞膜脂质体过氧化,填充在磷脂双分子层中,避免了溶血发生。本工作首次利用TPGS合成了金属纳米粒子,并且巧妙的将提高聚丙烯血液相容性,抗氧化性及抗菌性相结合,为开发实际应用高性能医用聚丙烯提供理论基础。 利用二甲苯作为良溶剂,丙酮为不良溶剂制备了稳定的表面微纳米结构聚丙烯。在微纳米结构表面接枝温度响应性单体NIPAAm和丙烯酸(AA),活化丙烯酸固定伴刀豆蛋白(ConA)。通过ATR-FTIR,XPS以及激光共聚焦显微镜证明了接枝反应以及蛋白固定的成功发生。在37℃时,PNIPAAm分子刷呈现塌缩状态,ConA能够固定在膜表面,赋予聚丙烯膜捕获红细胞的特性;当温度降低到4℃后,PNIPAAm分子刷呈现伸展状态,导致Con A内在化,嵌入到伸展的聚合物刷里,最终使ConA与红细胞之间发生可逆分离。与平板膜相比,PP表面的微纳米结构增大了PNIPAAm的温度响应性以及捕获释放红细胞效率。利用低渗法将纳豆激酶(NK)包裹到红细胞内,重新包封后NK从红细胞中缓慢释放。利用Con A修饰的聚丙烯对NK包裹的红细胞进行捕获,从而赋予聚丙烯溶栓特性。这种构建表面微纳米结构聚丙烯并且对其进行表面改性的方法,拓展了聚丙烯在生物医用领域的应用。