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高分子生物材料在生物医学领域中扮演着重要的角色,广泛地应用于人造器官以及各种诊断治疗用的器械。当高分子材料与活体组织接触时,会导致一些排异的反应,诸如血栓形成、炎症等,这已成为生物材料研究的瓶颈。如何提高生物材料的生物相容性一直是研究热点。提高高分子生物材料的生物相容性、研发生物相容性高分子材料具有重要科学意义和巨大的经济社会效益。 在高分子材料表面构建特定的分子结构以达到生物材料的物理力学性能与生物相容性的统一是发展高分子生物材料的一个重要途径。表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)是一种在近几年迅速发展并被广泛应用的活性聚合方法,通过SI-ATRP反应能够在材料表面构建一定长度、密度可控以及图案化的功能性高分子链。两性离子化合物是一类分子链上同时含有阴阳离子基团但整体却呈电荷中性的化合物,它具有优异的抗非特异性蛋白吸附、抗血小板粘附等特点,是一类优异的血液相容性材料。 本论文将原子转移自由基聚合(ATRP)引入到聚合物的表面改性中,通过SI-ATRP反应分别将三种两性离子聚合物构建在三种医用高分子材料表面,使其生物相容性得到显著提高,并具有优异的抗细胞粘附、抗细菌粘附等抗生物粘附性能;同时,本文中也将三种两性离子材料与被公认的合成类抗凝血、抗生物粘附的材料——聚乙二醇(PEG)在生物相容性以及抗生物粘附领域进行了对比研究,具体研究内容如下: (1)通过SI-ATRP反应将苯乙烯型磺胺两性离子聚合物接枝到纤维素表膜表面。红外光谱(FTIR)、X-射线电子能谱(XPS)以及静态水接触角分析表明磺胺两性离子已经成功接枝到纤维素膜表面,接枝的量随着反应时间的延长而逐渐增加;原子力显徼镜(AFM)观测结果表明,所接枝的两性离子聚合物在膜表面呈“刷”状,且“刷”的高度随着反应时间的延长而增加;热重分析(TGA)结果表明两性离子表面能够结合更多的水并具有更好的热稳定性;经过较短的时间的接枝改性,纤维素膜的抗非特异性蛋白吸附、抗血小板粘附的性能即能可以得到显著提高。 (2)通过SI-ATRP反应分别将三种两性离子聚合物接枝到纤维素膜表面。FTIR与XPS分析证实了引发剂确实化学键合在纤维素膜表面,继而成功引发两性离子在材料表面的接枝聚合;水接触角(WCA)与TGA分析结果表明两性离子表面不仅具有更好的亲水性,而且能够结合更多的水;所制备的三种两性离子表面都具有优良的抗蛋白吸附、抗血小板粘附的性能。 (3)依次通过等离子体活化、SI-ATRP反应,分别将三种两性离子聚合物接枝到硅橡胶模表面。XPS、WCA以及AFM分析结果表明两性离子已经成功接枝到硅橡胶膜表面,使表面由疏水变为亲水;三种两性离子接枝改性后的硅橡胶膜都具有优异的抗非特异性蛋白吸附、抗血小板粘附性能,血液相容性得到显著提高。 (4)通过SI-ATRP反应在经等离子体活化的PU表面接枝两性离子聚合物以及PEG聚合物。XPS、WCA分析表明两性离子聚合物以及PEG聚合物成功接枝到PU表面,增强了PU表面的亲水性。所制备的膜材料能够显著的减少血小板、细胞在材料表面的粘附,是一类优良的抗生物粘附的膜,具有广阔的应用前景。 (5)通过SI-ATRP反应分别构建了三种两性离子(DMVSA、DMMSA、MPC)以及PEG表面。XPS表明DMVSA、DMMSA、MPC、PEG表面的成功构建;水接触角测试表明DMVSA、DMMSA、MPC表面的亲水性能得到提高,而PEG的亲水性能略有下降。蛋白吸附、血小板粘附、细胞粘附、细菌粘附等抗生物粘附实验结果表明DMVSA、DMMSA、MPC表面具有优异的抗非特异性蛋白吸附、抗血小板粘附、抗细胞粘附、抗细菌粘附的性能;与PEG表面的对比性抗粘附实验结果表明:两性离子是一类新型合成类抗凝血、抗生物粘附性材料。