不同电荷类型亲水结构表面修饰聚氨酯的合成及其生物相容性研究

论文摘要

聚氨酯材料广泛应用于生物医药领域,在人工血管和各种诊断治疗器械中发挥着重要的作用。但是聚氨酯材料与生物组织相接触时,会引发一些不良反应,限制了其在生物医药方面的高端应用。提高聚氨酯材料的血液相容性是生物材料研究与发展的首要任务。对聚氨酯生物材料进行改性是解决其血液相容性的重要方法。本论文采用表面改性的方法在聚氨酯表面接枝聚合三种不同电荷类型的亲水性单体,以提高其血液相容性。本文在聚氨酯材料表面分别接枝聚合了苯乙烯磺酸钠、甲基丙烯酸钠、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、磺胺甜菜碱单体、双离子型单体。论文详细讨论了引发剂浓度、单体浓度、温度以及时间等因素对自由基聚合的影响,确定最佳的反应条件。然后对改性后的聚氨酯进行了一系列的表征,如红外光谱（ATR-FTIR）、热失重分析（TGA）、表面水接触角（WCA）等来表征接枝膜的表面结构。研究结果表明：三种不同电荷类型亲水性单体在聚氨酯膜表面接枝成功,并且改性后聚氨酯膜亲水性有了显著的改善。在此基础上,又对材料的血液相容性进行了初步的研究,包括溶血实验、蛋白质吸附实验、体外血小板粘附实验,结果显示,PU-g-PSS、PU-g-PMA、PU-g-PDMC、PU-g-PDMDAAC、 PU-g-PDMAPS、PU-g-Dual ion膜溶血率都符合相关国际标准,蛋白质吸附量都有明显的减少,且材料表面吸附了较少的血小板,表明材料的血液相容性显著提高。改性后的聚氨酯材料都具有良好的抗凝血活性,有望以后在生物医学工程方面得到广泛的应用。最后,初步研究了三种不同电荷类型亲水单体聚氨酯膜材料的抗凝血机理。用粘度计法和圆二色谱法研究聚氨酯材料与牛血清蛋白相互作用。结果显示材料的抗凝血性能需要在亲水性区域和疏水性区域有一个适宜的平衡。另外,PU-g-PMA膜材料在与牛血清蛋白接触作用后能较好的维持牛血清蛋白分子的自然状态,使“维持自然状态”说得到了进一步的实验验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 生物材料
• 1.1.1 生物材料概述
• 1.1.2 生物材料的分类
• 1.2 聚氨酯生物材料
• 1.2.1 医用聚氨酯的结构特点与特性
• 1.2.2 聚氨酯表面改性方法
• 1.3 聚氨酯表面改性常用的高分子材料
• 1.3.1 肝素
• 1.3.2 聚乙二醇
• 1.3.3 两性离子
• 1.4 研究目的和技术路线
• 1.4.1 研究的目的
• 1.4.2 研究意义
• 1.4.3 实验方法与步骤
• 第二章 表面接枝阴离子型亲水单体的聚氨酯的合成及血液相容性研究
• 2.1 实验内容
• 2.1.1 实验原料和试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 实验原理
• 2.1.4 样品膜的制备
• 2.1.5 聚氨酯膜材料结构测试与表征
• 2.1.6 血液相容性的初步评价
• 2.2 表面接枝苯乙烯磺酸钠的PU膜的制备与结果讨论
• 2.2.1 反应条件对接枝量的影响
• 2.2.2 红外光谱分析
• 2.2.3 接触角分析
• 2.2.4 热稳定性分析
• 2.3 表面接枝甲基丙烯酸钠的PU膜的制备与结果讨论
• 2.3.1 反应条件对接枝量的影响
• 2.3.2 红外光谱分析
• 2.3.3 接触角分析
• 2.3.4 热稳定性分析
• 2.4 表面接枝阴离子型单体的聚氨酯血液相容性的研究
• 2.4.1 血小板粘附实验
• 2.4.2 溶血实验
• 2.4.3 蛋白质吸附实验
• 2.5 表面接枝阴离子型亲水单体的聚氨酯抗凝血机理的研究
• 2.5.1 粘度计法研究聚氨酯材料与牛血清蛋白相互作用
• 2.5.2 圆二色谱法研究聚氨酯材料与牛血清蛋白相互作用
• 2.6 小结
• 第三章 表面接枝阳离子型亲水单体的聚氨酯的合成及血液相容性研究
• 3.1 实验内容
• 3.1.1 实验原料和试剂
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 样品膜的制备
• 3.1.4 实验反应机理
• 3.1.5 聚氨酯膜材料结构测试与表征
• 3.1.6 血液相容性的初步评价
• 3.2 表面接枝甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的PU膜的制备与结果讨论
• 3.2.1 反应条件对接枝量的影响
• 3.2.2 红外光谱分析
• 3.2.3 接触角分析
• 3.2.4 热稳定性分析
• 3.3 表面接枝二甲基二烯丙基氯化铵的PU膜的制备与结果讨论
• 3.3.1 反应条件对接枝量的影响
• 3.3.2 红外光谱分析
• 3.3.3 接触角分析
• 3.3.4 热稳定性分析
• 3.4 表面接枝阳离子型单体的聚氨酯血液相容性的研究
• 3.4.1 血小板粘附实验
• 3.4.2 溶血实验
• 3.4.3 蛋白质吸附实验
• 3.5 表面接枝阳离子型亲水单体的聚氨酯抗凝血机理的研究
• 3.5.1 粘度计法研究聚氨酯材料与牛血清蛋白相互作用
• 3.5.2 圆二色谱法研究聚氨酯材料与牛血清蛋白相互作用
• 3.6 小结
• 第四章 表面接枝两性离子型亲水单体的聚氨酯的合成及血液相容性研究
• 4.1 实验内容
• 4.1.1 实验原料和试剂
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 样品膜的制备
• 4.1.4 实验原理
• 4.1.5 聚氨酯膜材料结构测试与表征
• 4.1.6 血液相容性的初步评价
• 4.2 表面接枝聚合磺胺甜菜碱单体的聚氨酯膜的结果讨论
• 4.2.1 反应条件对接枝量的影响
• 4.2.2 红外光谱分析
• 4.2.3 接触角分析
• 4.2.4 热稳定性分析
• 4.3 表面接枝聚合双离子单体的聚氨酯膜的结果讨论
• 4.3.1 红外光谱分析
• 4.3.2 接触角分析
• 4.3.3 热稳定性分析
• 4.4 表面接枝两性离子型亲水单体的聚氨酯血液相容性的研究
• 4.4.1 血小板粘附实验
• 4.4.2 溶血实验
• 4.4.3 蛋白质吸附实验
• 4.5 表面接枝两性离子型单体的聚氨酯抗凝血机理的研究
• 4.5.1 粘度计法研究聚氨酯材料与牛血清蛋白相互作用
• 4.5.2 圆二色谱法研究聚氨酯材料与牛血清蛋白相互作用
• 4.6 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结果与讨论
• 5.1.1 接触角分析
• 5.1.2 血小板粘附实验
• 5.1.3 溶血实验
• 5.1.4 蛋白质吸附实验
• 5.1.5 粘度计法研究聚氨酯材料与牛血清蛋白相互作用
• 5.1.6 圆二色谱法研究聚氨酯材料与牛血清蛋白相互作用
• 5.1.7 小结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文及研究成果
• 致谢