医用高分子材料表面改性研究

[摘要]随着我国经济发展水平的不断提高，分子材料在各领域得到了显著应用，在医用领域应用更多，生物相容性成为医用高分子材料的一个特征，以改性方式对生物医药高分子材料生物的相容性进行改良非常有效。本文将从物理、生物、化学、仿生等角度分析医用高分子材料表面改性方法，希望能够为相关部门提供一些借鉴。

[关键词]高分子材料；表面改性；医用

生物医用高分子材料（Biomedical polymeric ma-terials）主要用来诊断、治疗与器官再生与合成，是一种新型高分子材料。当前，较为普遍的应用在药物控制释放、组织工程、人工器官合成、牙齿治疗等领域，其高技术含量与科学意义非常显著，并与患者的康复紧密相关，在医疗领域发挥着重要价值。鉴于生物医用高分子材料有较多局限性，在以合成方式进入到人体以后，其细胞表面会受体接触，发出信号用来与异体区分，没有经过表面改性的高分子材料生物相容性非常差。为此，对医用高分子材料表面进行改性成为人们关注的重点。

一、生物医用高分子材料的生物相容性

（一）血液相容性

当高分子材料与血液接触时，将不会引发凝血或者是血小板凝聚的情况，这种情况就被称为血液相容性，溶血情况很少发生。鉴于高分子材料与血液接触建立在材料表面，建立在材料表面合成设计是抗凝血材料的主要工作[1]。

（二）组织相容性

组织相容性就是指生物活体组织与材料接触时，细胞、组织功能依然正常，并没有引发炎症、癌变的情况。而使用合成高分子依然存在一些弊端，可游离的有毒物质将在接触生物组织过程中产生有毒物质，长期在人体中存在将产生异化反应。组织相容性要确保材料无毒、无害、不损伤组织结构，要想解决这一问题可以通过改性材料实现[2]。

二、生物医用高分子材料表面改性

（一）物理方法

1、表面涂层

一旦异体与血液接触，异体表面就会吸附一层蛋白质，很多血小板都粘附在蛋白质上，还有一些会以吸附形式存在于异体表面血纤维蛋白上，通过特定作用对血小板进行粘附与活化，最终导致凝血的出现。而通过生物医用高分子材料能够使表面增加抗凝血涂层，使生物材料表面得以钝化，血液将不会接触材料表面，能够使高分子表面抗凝血型提升。Ishihara等通过研究研究合成了2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱聚合物，将其涂层到基材表面，能够对材料凝血性能进行抑制，抑制材料凝血性能的提升[3]。Lewis等合成了交联的2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱聚合物、甲基丙烯酸月桂醇脂、甲基丙烯酸三甲氧基硅丙脂等涂层。这种合成的涂层粘合力非常强，能够将其涂到易脱落的医疗器材元件上，增加器材的牢固性。使用方法较为简单、能够均匀的对生物材料表面进行涂层，吸附力将更强，防止出现脱落。

2、物理共混

将一小部分抗凝血添加剂与基材混合能够得到良好的抗凝血材料。材料中有较多的两性共聚物与抗凝血添加剂，在与基材融合以后，会在基材的表面聚集。将甲基丙烯酸正丁脂、2-甲基丙烯酰氧基磷酰胆碱聚合物将聚砜混合，能够使聚砜的血液相容性增强。聚氧乙烯内部有长链的共聚合物也可以当成是抗凝血的添加剂，与材料混合以后使材料的抗凝血性增强，并能防止出现渗透基材的情况[4]。

（二）化学方法——表面接枝改性

改善血液相容性，提高材料抗凝血性可以通过接枝亲水基团实现，这种方式下能够使基材与表面充分聚合，进而防止出现表面脱落。用来接枝表面的有等离子体法、高能辐射法、臭氧活化法、化学试剂法等，近年来，化学固定法的出现备受人们关注。以上所有方法都是通过接枝侧链增强对血细胞的排斥，进而减少吸附，侧链良好的水溶性、柔顺性将非常有利于血细胞正常形态维持，进而依靠生物膜实现抗凝血的目的。

1、表面接枝聚氧乙烯

良好的血液相容性是生物医用高分子材料的重要特征，实现相容性的条件就是表面要就有长链结构。PEO接枝链表面抗凝血材料的使用得到广泛认可[5]。因为PEO血液相容性强、亲水性与柔顺性均非常好，能够与水形成一个PEO链，并且水合的悬挂链能够使蛋白材料作用降低，进而阻止发生蛋白吸附情况。

2、等离子体表面处理

等离子体表面处理就是将材料放置在非聚合气体当中，利用等离子体的能量粒子、活性物与材料表面发生反应，并在材料表面产生官能团，使材料表面结构改变，实现对材料的改性。比如，CH4、NH3、N2、O2、Ar等气体。使用O2等离子体对聚丙烯中空纤维膜表面进行处理，处理过后的烷氧基等基团明显提升，表面自由也得以释放，材料的溶血性与血小板粘附密度将大大降低。

（三）表面肝素化

肝素是被成为最天然的抗凝血药物，通过对凝血酶原活化进行抑制能够使纤维蛋白网络形成的凝血得以延缓与阻止，抗凝血效果将非常好，进而使通过导管引入的细菌感染得以减少，降低了感染的发生率。将肝素利用在医用生物高分子材料中，能够使抗凝血性得以改善，也可以使用物理吸附法、化学偶合法改善抗凝血型，但肝素的基本形态不变；化学耦合方法将造成结构不稳定，肝素构象将不利于形成，大大降低了抗凝血性能。

（四）表面磷脂化

通常，细胞膜外表面的最主要构成要素是卵磷脂。卵磷脂中的两性磷酸胆碱基团有非常强的抗凝血效果，并且PC基表面呈现出惰性情况较多，将不会吸附血小板；此外，PC端基亲水性非常好，能够减少出现蛋白弱化情况，能够对蛋白进行吸附，维持蛋白基本形态。

结语

一个良好的生物相容性是确保生物医用高分子材料发展的目标之一，优化并提升生物相容性是医用高分子材料应用的重点，为此，加强对高分子材料表面改性研究是非常重要的。

参考文献

[1]罗祥林，黄嘉，何斌等.光化学固定法--医用高分子材料表面改性的一种新方法[J].生物医学工程学杂志，2010，17（3）：320-323.

[2]刘鹏，丁建东.等离子体表面改性技术在医用高分子材料领域的应用[J].中国医疗器械信息，2011，11（5）：39-42.

[3]胡小洋，陈红，张燕霞等.聚乙二醇及其衍生物改性生物医用材料表面的血液相容性[J].高分子材料科学与工程，2012，23（6）：127-131.

[4]石强，栾世方，金晶等.通用高分子材料的化学和生物改性及其血液相容性研究[J].中国材料进展，2014，33（4）：212-223.

[5]梅建国，庄金秋，汤少伟等.生物医用高分子材料的生物相容性及其表面改性技术[J].材料导报，2014，28（19）：139-142，146.