新型磷脂聚合物的制备及其应用于钛基材料表面改性的研究

论文摘要

从70年代末起,钛基材料就广泛运用在生物医疗器械中。但是,钛基材料表面会引起不良的生物反应,在植入钛基材料的医疗器械后,病人不得不终生服用抗凝药物来降低血栓栓塞并发症的危险。因此,必须对钛基材料表面进行改性以改善其血液相容性和生物相容性。仿细胞膜结构的2-甲基丙烯酰氧乙基-2′-三甲氨乙基磷酸酯·内盐（MPC）磷脂聚合物是一种很有前景的材料,有很好的生物相容性和血液相容性。目前有较多将MPC固定在生物材料表面的报导,但是这些固定方法存在着一定缺限。例如,层层自组装（LBL）方法需要很多步骤才能实现,自组装膜技术（SAMs）需要与材料表面发生特定的反应,原子转移自由基聚合反应（ATRP）的反应条件不稳定等等。因此,研究一种更为简单、便捷以及通用的技术将MPC固定在材料表面,从而改善材料表面的生物相容性,具有重要的科学意义和应用价值。海洋中的贻贝能在水环境中自然粘附到多种材料表面。研究者普遍认为是多巴胺中的儿茶酚基团（Catechol）起着粘附作用,使得贻贝在水中能快速并且永久的粘附在各种无机和有机材料的表面。本论文设计合成了新型仿生的磷脂聚合物（PMDP）,该聚合物的分子结构中含MPC基团和儿茶酚基团。MPC为仿细胞膜结构成分,能改善血液相容性；儿茶酚基团能使聚合物粘附在材料表面。这样,利用PMDP制备的涂层可用于不同基底材料——金属、无机材料和聚合物的表面改性,粘附力强,并且血液相容性优异。本论文合成了两种MPC单元含量不同的PMDP,红外光谱和紫外光谱分析表明产物为PMDP3（含30unit mol%MPC）和PMDP5（含50unit mol%MPC）,并分别对应的儿茶酚基团含量为4unit mol%和2unit mol%。在此基础上,通过纯钛样品在PMDP溶液中的浸涂,制备了PMDP涂层。研究表明,纯钛样品在该聚合物溶液中浸涂十秒钟就可获得厚度为20nm的PMDP涂层,原子力显微镜和扫描电镜观察表明涂层均匀、平滑。采用红外光谱和X射线光电子能谱等对比测试分析了PMDP涂层在PBS缓冲液中浸泡一个月前后的化学结构和组成,证明在PBS中浸泡一个月,涂层组成没有发生变化,这表明涂层与钛基底结合力好,薄膜稳定性高。对比PMDP3和PMDP5在钛表面的粘附性,发现含儿茶酚基团较少的PMDP5涂层经两天浸泡后脱落,说明其在钛表面粘附不牢；而经过两天浸泡,含儿茶酚基团较多的PMDP3在钛表面粘附牢固。PMDP3被氧化后,儿茶酚基团的含量减少,因为一部分儿茶酚基团被氧化为苯醌基团。用被氧化的PMDP3涂层钛,发现其对钛基底的粘附力降低。这说明由于儿茶酚基团含量减少,聚合物的粘附能力降低。即儿茶酚基团对聚合物的粘附起了重要作用。通过BCA蛋白浓度检测和石英晶体微天平检测蛋白质吸附发现,Ti的表面有牛血清白蛋白（BSA）的吸附,但没有检测到PMDP涂层后的Ti表面有BSA的吸附；初步的血液实验也发现PMDP涂层可极大降低血小板的粘附数量并抑制其激活,说明PMDP保持了MPC优良的生物相容性。本研究合成的新型磷脂聚合物能简单、高效、稳定的粘附在材料表面,改善生物材料的生物相容性和血液相容性,在心血管植入器械领域（如人工心脏瓣膜和血管支架等器械）具备广阔的应用前景和临床意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 磷脂
• 1.1.1 磷脂聚合物的分类
• 1.2 2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱（MPC）材料
• 1.2.1 MPC的抗凝血机理
• 1.2.2 MPC材料的应用
• 1.3 仿贻贝固定方法
• 1.3.1 贻贝
• 1.3.2 仿贻贝的聚合物
• 1.4 钛基材料的特性
• 1.5 本文研究的背景、意义及内容
• 1.5.1 课题的提出
• 1.5.2 研究目标、内容和拟解决的关键问题
• 1.5.3 研究方法,技术路线及其可行性研究
• 1.5.4 本研究工作的主要创新点
• 第2章 磷酸胆碱聚合物的制备
• 2.1 引言
• 2.2 MPC的合成
• 2.2.1 合成线路
• 2.2.2 仪器和试剂
• 2.2.3 MPC的合成
• 2.3 3,4-二羟基苯基的磷脂聚合物（PMDP）的制备
• 2.3.1 含儿茶酚基团的仿生磷脂聚合物PMDP的分子设计
• 2.3.2 PMDP的合成材料
• 2.3.3 实验方法和仪器
• 2.3.4 实验结果及讨论
• 2.4 本章小结
• 第3章 PMDP聚合物在钛表面的粘附及稳定性检测
• 3.1 引言
• 3.2 实验仪器和方法
• 3.2.1 PMDP对钛表面涂层的方法
• 3.2.2 亲水性的检测
• 3.2.3 涂层的厚度的检测
• 3.2.4 粘附量的检测
• 3.2.5 化学结构和组成的检测
• 3.2.6 表面形貌检测
• 3.3 实验结果及讨论
• 3.3.1 涂层工艺参数的研究
• 3.3.2 聚合物涂层化学结构和组成的检测
• 3.3.3 粘附的聚合物的量的检测
• 3.3.4 聚合物涂层表面形貌的检测
• 3.3.5 儿茶酚基团对涂层粘附作用的探讨
• 3.4 本章小结
• 第4章 PMDP聚合物的生物相容性
• 4.1 引言
• 4.2 实验仪器和方法
• 4.2.1 BCA蛋白浓度检测
• 4.2.2 QCM检测
• 4.2.3 静态血小板黏附实验
• 4.3 实验结果及讨论
• 4.3.1 蛋白质吸附检测
• 4.3.2 静态血小板黏附实验
• 4.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的文章
• 参与科研项目