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很多材料因血液相容性欠佳而难以用于接触血浆或血液制品,为此,许多技术已被提出用于材料的改性。在这些技术中,表面修饰(如化学法固定抗凝剂和增强亲水性等)是一种重要的和简单有效的方法。然而,遗憾的是至今也没有小口径管状生物材料能成功地避免因血液作用而造成的管道闭塞。
在我们前期的工作中,已将PVA嫁接在聚四氟乙烯(PTFE)毛细管上并用于人血浆中胆红素和白蛋白的吸附,但嫁接方法还有待于进一步的研究,而且材料的血液相容性也只是做了初步的探讨。本文就是在前面工作基础上,深入地了解PVA涂层方法;比较研究了利用不同抗凝剂(PVA、PVA-PEG、PVA-肝素、PVA-内皮细胞)嫁接在PTFE材料表面和不同嫁接方法对血液相容性的影响。此外,相应的PVA膜作为固相载体的材料也作了对比研究。
1.在这个研究中,我们研制了PVA膜、PVA涂层的PTFE薄板和PTFE毛细管,详细地调查了PVA浓度、交联剂浓度和pH等对涂层的影响,利用FTIR、NMR、XPS和SEM对PVA膜和PVA涂层的PTFE材料进行了表征,观察了蛋白和血小板在材料表面的黏附情况。这些结果表明,PVA涂层均能明显改善PTFE材料表面的亲水性:但在改善血液相容性方面,PVA改性的平板膜和PTFE毛细管则表现出显著的差异。在平板膜均有大量的血小板黏附,而在毛细管表面基本能阻止血小板黏附。
2.PVA的主要优势在于容易与多种分子结合从而改善了PVA膜或PVA涂层的固相材料的生物活性。已有研究表明PVA在组织工程中的应用有利于细胞的黏附和生长。这也是前面我们利用PVA改性PTFE材料的主要原因之一。因此,我们后续的工作之一就是在PVA膜和PVA涂层的PTFE材料表面上嫁接PEG,以探讨PEG修饰的PTFE毛细管的血液相容性。
表面覆盖PEG已证明具有生物相容性,因为PEG具有非免疫原性、非抗原性和抵抗蛋白的能力。为获得一个生物相容的表面涂层,我们嫁接PEG在PVA膜、PVA涂层的PTFE薄板和PTFE毛细管上。对于PTFE材料,第一步需活化材料表面,产生如羟基、羧基等活泼基团;然后将PVA控温溶解,再利用对苯二甲醛作交联剂,将PVA涂层在PTFE材料上;最后醛基化的mPEG利用羟醛缩合嫁接在PVA涂层上。嫁接反应通过FTIR、NMR、XPS和SEM得到了证实。血小板黏附实验的结果显示仅有很少的血小板黏附在改性的PVA膜和PVA涂层的PTFE薄板上,而在改性的PVA涂层的PTFE毛细管上几乎看不到任何的血小板。这表明固定PEG能明显改善PTFE材料的血液相容性。这归功于PEG改性的材料的亲水性和具有抵抗蛋白吸附的空间效应。
3.论文的另一部分工作是利用肝素和内皮细胞改性PVA膜和PTFE材料。这部分的研究工作表明,对于未修饰的PVA膜和PTFE材料,与富含血小板的血浆接触后,会有大量的血小板黏附,甚至会出现伪足。而经过肝素固定后的PVA膜和PTFE材料,血小板的活性被禁止了,几乎看不血小板的黏附。肝素修饰的材料的抗凝血性主要取决于它与血浆蛋白酶抑制剂抗凝血酶Ⅲ(AT-Ⅲ)中的带正电荷的赖氨酸作用,这种作用改变了AT-Ⅲ的构型,使其活性部位暴露,能与凝血激活因子结合,从而起到抗凝血的效果。和PEG一样,肝素能显著改善材料的血液相容性,而且肝素修饰的PTFE毛细管为最佳。
众所周知,生物材料的表面形貌与其血液相容性相关,一般讲,光滑的表面的效果较好。这在我们的实验中也得到了证实。此外,从我们的实验结果不难看出生物材料的形状也是影响材料的血液相容性的一个重要因素。
4.为了检验改性的PTFE毛细管的血液相容性和这种生物材料在生物和医学领域的应用,我们制备亲和PVA涂层的PTFE毛细管。在这个研究中,亲和染料CibacronBlue F3GA被共价偶联在PVA涂层上,PVA和Cibacron Blue F3GA的涂载量分别为23.5 mg/g and 89.6μmol/g。这种改性的亲和毛细管用于血浆蛋白质的吸附取得了很好的效果,而且,这种亲和吸附剂具有较好的化学和机械稳定性,容易和系统连接,吸附的重现性好,容易再生,并具有良好的血液相容性,可应用于生物领域和临床。