專利名稱：一種具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種血液相容性界面醫(yī)用人工材料，具體地說是涉及一種具有微納耦 合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料，及其制備方法。
背景技術(shù)：
血液凝固是一種復(fù)雜的過程，雖然它在人體損傷情況下能暫時(shí)避免血液嚴(yán)重流失， 但是在與外源性物質(zhì)接觸時(shí)，血液凝固系統(tǒng)也能夠被激活，這將給醫(yī)用人工材料的使 用帶來(lái)非常不利的影響?，F(xiàn)有的醫(yī)用人工材料在與血液相接觸時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致不同程度 的凝血。例如，當(dāng)前臨床廣為應(yīng)用的人工血管是由滌綸材料或聚四氟乙烯材料制成的， 均會(huì)引起不同程度的凝血和血栓的形成，從而將會(huì)導(dǎo)致血管阻塞，血液停滯，引起組 織器官缺血，嚴(yán)重時(shí)可危及病人的生命。
因此，所有與生物組織相接觸的醫(yī)用人工材料都應(yīng)具有良好的生物相容性，包括 血液相容性和組織相容性。評(píng)價(jià)醫(yī)用人工材料的血液相容性一個(gè)重要指標(biāo)就是這種材 料對(duì)凝血系統(tǒng)的影響，也就是說是否會(huì)引起凝血或者血栓的形成。而血栓的形成是由 血液中血小板的激活、粘附、變形以及聚集一系列過程導(dǎo)致的，因此，血小板的粘附 是評(píng)價(jià)生物應(yīng)用材料的主要指標(biāo)之一。
為了提高醫(yī)用人工材料的抗凝血性能(即改善生物材料血液相容性)，通常是開發(fā) 具有理想血液相容性的新材料，或是對(duì)現(xiàn)有材料的表面進(jìn)行修飾以改善材料的血液相 容性。對(duì)于前者，目前尚未發(fā)現(xiàn)這類理想的血液相容性材料。對(duì)于后者，往往采用在 沒有血液相容性或者相容性較差的材料的表層涂敷抗血栓形成藥物(抗凝劑)來(lái)改性， 以期減少凝血的發(fā)生，但是，這種方法使用的抗凝劑如肝素進(jìn)入血液循環(huán)后，將會(huì)干 擾凝血系統(tǒng)的自身穩(wěn)定，給患者帶來(lái)許多副作用，如出血、血小板減少癥等，長(zhǎng)時(shí)間 的使用也會(huì)出現(xiàn)抗凝劑的脫落，最終起不到降低血小板粘附的作用；或是采用將內(nèi)皮 或者間皮細(xì)胞移植到材料的表面來(lái)改善材料的血液相容性，但是特異性細(xì)胞會(huì)引起免 疫反應(yīng)導(dǎo)致患者對(duì)植入物產(chǎn)生排斥反應(yīng)，這就不得不花時(shí)間高成本的針對(duì)每位個(gè)體培 養(yǎng)特殊的細(xì)胞材料，另外，細(xì)胞與材料間的粘附力會(huì)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而減弱，細(xì)胞脫 落就會(huì)達(dá)不到預(yù)期的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有的血液相容性材料的種種缺陷，采用仿生設(shè)計(jì)原 理，在人工材料表面構(gòu)建微米的褶皺與納米的凸起，經(jīng)親水處理，在流動(dòng)條件下增加 局部的剪切應(yīng)力與擾動(dòng)，從而提供一種可以有效減少激活血小板的粘附，提高血液相 容性的具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料。
本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明提供的具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料，材料表面結(jié)構(gòu)由微米的 褶皺以及納米的凸起構(gòu)成，納米的凸起隨機(jī)散落在褶皺上以及相鄰褶皺之間的地方，
其中，所述的褶皺的寬度為0.1 —10um，高度為10—200nm;間距為0—5um;所述 的凸起的寬度為10—500nm，高度為2—200 nm。
本發(fā)明提供一種上述具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料的制備方法，如圖 l所示，包括如下的步驟
1) 首先在基板上通過溶液自組裝的方法構(gòu)建直徑為20—500mn的納米粒子緊密排 列的模板；
所述的基板為玻璃板、硅片、Al2Cb板、金屬板、金屬氧化物板以及高分子板等; 所述的溶液自組裝方法為共價(jià)自組裝、靜電自組裝、外延自組裝等； 所述的納米粒子為Au、 Ag等金屬粒子，氧化鈦、氧化鋅、氧化鐵等金屬氧化物
粒子，硫化鎘等金屬硫化物，硒化鎘等金屬硒化物，氧化硅等礦物質(zhì)以及聚苯乙烯等
高分子粒子；
2) 然后將液態(tài)有機(jī)高分子或者融化的固態(tài)高分子倒在步驟l)的模板上，在真空 度為58—76craHg、所用高分子的熔點(diǎn)以上的溫度條件下減壓保溫5—60分鐘，再使其 固化；
所述的高分子材料為聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚醚型聚氨酯(PU)、醫(yī)用聚氯乙 烯(PVC)、膽甾型液晶(LC)、向列型液晶、聚對(duì)苯二甲酸甲酯、環(huán)糊精、聚四氟乙烯、 聚烯烴、硅橡膠、聚氨酯、滌綸、聚乙醇酸、聚乳酸、聚乙烯醇、硬脂酰葡聚糖、N--異丙基丙烯酰胺、殼聚糖及其衍生物、1， 6-己二異氰酸酯膽固醇單酯、聚二甲基硅氧 烷基甲基丙烯酸酯、聚丙交脂(PLA)、聚已交脂(PGA)、聚己內(nèi)脂(PCL)、聚甲基丙 烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、纖維素、聚乙烯、聚羥基丙酸脂、明膠以及它們 之間的共聚物、聚甲基丙烯酸羥乙酯-聚丁二烯共聚物等含有親水與疏水基團(tuán)的天然產(chǎn)物、或合成產(chǎn)物以及不同單體的共聚物；
3) 將步驟2)中的高分子膜從模板上分離出來(lái)，放到疏水劑中浸泡0.5 — 5個(gè)小 時(shí)，自然晾干，作為一次膜；
所述的疏水劑為氟硅垸、氟代有機(jī)硅氧垸、硅酸酯、全鹵代乙烷、大于C7的長(zhǎng) 鏈羧酸、聚碳硅烷、氟垸基烷氧基硅垸、丙烯酸聚合物改性蠟、氟化丙烯酸以及親水 親油平衡值(HLB)小于3的疏水表面活性劑、或C5—C17的長(zhǎng)鏈烷烴； 其中，所述的氟代有機(jī)硅氧垸化合物的結(jié)構(gòu)式為
(<formula>formula see original document page 7</formula>所述的硅酸酯的結(jié)構(gòu)式為
(<formula>formula see original document page 7</formula>4) 以步驟3)制得的一次膜為模板，重復(fù)步驟2)的過程，從一次膜上剝離下來(lái) 為二次膜；
5) 將步驟4)制得的二次膜裁成四邊形，表面貼附于直徑為1一20 cm的圓柱狀 物體上，將與一次膜相接觸的一面暴露于空氣，再在等離子清洗器中氧化0.5—60分 鐘；
所述的等離子清洗器的功率為5—200瓦；
6) 以步驟5)中氧化后的二次膜的一條對(duì)角線為軸，把不在對(duì)角線上的其它兩個(gè)
端點(diǎn)向上折起，當(dāng)這兩個(gè)端點(diǎn)的投影落在對(duì)角線上時(shí)停止翻折，將其復(fù)原，可得到本 發(fā)明的具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料。
將步驟6)得到的界面結(jié)構(gòu)材料作為底面，與具有微米級(jí)寬度的微流槽高分子模 塊進(jìn)行鍵合，中間由微米級(jí)的高分子膜作為支撐構(gòu)成微流小室；然后將血小板溶液經(jīng) 微流泵輸送到該形成的微流小室，并保持恒定的速率讓血小板溶液在微米耦合納米結(jié) 構(gòu)表面流過一定的時(shí)間，并加入戊二醛溶液進(jìn)行固定，并用乙醇進(jìn)行梯度脫水；最后
用熒光染料標(biāo)定處理后的微室下表面的血小板，采用原子力顯微鏡與熒光顯微鏡同時(shí) 對(duì)粘附的血小板數(shù)量進(jìn)行測(cè)定，以判定材料血液相容性的好壞。
從測(cè)試實(shí)驗(yàn)的原子力表征結(jié)果(如圖2a所示)可以看出，激活的血小板在具有微 納耦合結(jié)構(gòu)的界面幾乎不粘附；從熒光圖(如圖2b所示)可以看出大測(cè)試面積上亮的 血小板的數(shù)量很少；這就充分表明了該材料降低了凝血或者血栓形成的機(jī)會(huì)，從而顯 著提高了材料的血液相容性。
人類自身的血管具有良好血液相容性，這是源于血管的內(nèi)膜界面是一層緊密排列 的內(nèi)皮細(xì)胞，這些細(xì)胞構(gòu)成了具有特定功能的界面，能夠有效的降低血管中血小板的 粘附甚至血栓的形成。本發(fā)明采用仿生設(shè)計(jì)原理，依據(jù)血管內(nèi)膜在微納層次的結(jié)構(gòu)， 在人工材料表面構(gòu)建微米的褶皺與納米的凸起，經(jīng)親水處理，在流動(dòng)條件下增加局部 的剪切應(yīng)力與擾動(dòng)，從而使得這種具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料可以有效 減少激活血小板的粘附，提高血液相容性。本發(fā)明的這種材料在與血液、組織和/或其 它體液直接相關(guān)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
與現(xiàn)有的血液相容性材料相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1) 該發(fā)明在有機(jī)高分子表面模擬了微納尺度的血管內(nèi)膜結(jié)構(gòu)，使得材料的界面 接近真實(shí)血管內(nèi)膜，使其抗凝血性能基本達(dá)到人體器官抗凝血性能的要求，提高了醫(yī) 用人工材料的生物相容性，提供了制備新型血液相容性材料的一個(gè)新途徑。
(2) 本發(fā)明得到的材料克服了傳統(tǒng)技術(shù)中僅在產(chǎn)品表面進(jìn)行吸附、涂敷或接枝進(jìn) 行抗凝血改性所帶來(lái)的效果不明顯或使用時(shí)間很短暫的弊端，使得該材料不僅具有良 好的抗凝血性能，而且延長(zhǎng)了抗凝血性的使用壽命。
(3) 本發(fā)明不采用抗凝劑，是通過界面結(jié)構(gòu)的作用提高了材料的血液相容性，因 此材料引起的副作用會(huì)大大降低。
(4) 本發(fā)明具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的醫(yī)用人工材料可用于制作接觸血液的導(dǎo)管， 需要抗凝血的醫(yī)療用具、醫(yī)療器皿、人工器官以及人工支架等與血液相接觸的醫(yī)療器 材及相關(guān)易耗品。


圖1為本發(fā)明的具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料制備方法的流程示意
圖2為血小板粘附實(shí)驗(yàn)后實(shí)施例1制得的具有特定微納結(jié)構(gòu)材料的原子力顯微鏡
圖像(A)與熒光圖(B)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
將粒徑為100 nm的聚苯乙烯小球在溶液中進(jìn)行共價(jià)自組裝，在硅片上形成初始的 聚苯乙烯納米粒子緊密排列的模板。
再把液態(tài)的聚二甲基硅氧烷(PDMS)覆蓋在模板上，室溫條件下及60cmHg真 空度下保持10分鐘，然后轉(zhuǎn)移到烘箱里5(TC下固化。
將固化的高分子膜從硅片模板上剝離下來(lái)，然后放到全氟硅垸的乙醇溶液中浸泡 3個(gè)小時(shí)，進(jìn)行疏水化處理，自然晾干后作為一次膜。
把液態(tài)的聚二甲基硅氧烷(PDMS)覆蓋在該一次膜上，室溫條件下及60 cmHg 真空度下保持20分鐘，再轉(zhuǎn)移到烘箱里7(TC下固化，然后從一次膜上剝離下來(lái)，形 成二次膜。
將二次膜裁成四邊形，表面貼附于直徑為3cm的圓柱體上，有結(jié)構(gòu)的一面(與一 次膜相接觸的一面)暴露于空氣，再在功率為20瓦的等離子清洗器中氧化10分鐘。
最后將氧化過的二次膜從圓柱體上取下來(lái)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，以二次膜的一條對(duì)角線為軸， 把不在對(duì)角線上的其它兩個(gè)端點(diǎn)向上折起，當(dāng)這兩個(gè)端點(diǎn)的投影落在對(duì)角線上時(shí)停止 翻折，將其復(fù)原，可以得到本發(fā)明的具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料。
從測(cè)試實(shí)驗(yàn)的原子力表征結(jié)果(附圖2a)可以看出，材料表面結(jié)構(gòu)由微米的褶皺 以及納米的凸起構(gòu)成，納米的凸起隨機(jī)散落在褶皺上以及相鄰褶皺之間的地方。其中,, 所屬的褶皺的寬度為lum，高度為100nra，間距為500nm;所述的突起的寬度為100nm， 高度為10nm。從圖2a中看到激活的血小板在具有微納耦合結(jié)構(gòu)的界面幾乎不粘附； 從熒光圖(附圖2b)可以看出大測(cè)試面積上亮的血小板的數(shù)量很少；這些充分表明了 該材料降低了凝血或者血栓形成的機(jī)會(huì)，從而顯著提高了材料的血液相容性。
實(shí)施例2
將粒徑為100nm的二氧化硅小球在溶液中進(jìn)行共價(jià)自組裝，在硅片形成初始的氧 化硅納米粒子緊密排列的模板。
再把熔化的聚四氟乙烯覆蓋在模板上，380'C下及65cmHg真空度下保持20分鐘， 然后慢慢冷卻固化。
將固化的高分子膜從硅片模板上剝離下來(lái)，然后放到聚碳硅烷溶液中浸泡3個(gè)小 時(shí)，進(jìn)行疏水化處理后作為一次膜。
把熔化的聚四氟乙烯倒在該一次膜上，380'C下及65cmHg真空度下保持20分鐘， 然后慢慢冷卻固化，再?gòu)囊淮文ど蟿冸x下來(lái)，形成二次膜。
將二次膜裁成四邊形，表面貼附于直徑為5cm的圓柱體上，有結(jié)構(gòu)的一面(與一 次膜相接觸的一面)暴露于空氣，再在功率為100瓦的等離子清洗器中氧化15分鐘。
最后將氧化過的二次膜從圓柱體上取下來(lái)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，以二次膜的一條對(duì)角線為軸， 把不在對(duì)角線上的其它兩個(gè)端點(diǎn)向上折起，當(dāng)這兩個(gè)端點(diǎn)的投影落在對(duì)角線上時(shí)停止 翻折，將其復(fù)原，可以得到本發(fā)明的具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料。
權(quán)利要求
1、一種具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料，材料表面結(jié)構(gòu)由微米的褶皺以及納米的凸起構(gòu)成，納米的凸起隨機(jī)散落在褶皺上以及相鄰褶皺之間的地方；所述的褶皺的寬度為0.1-10μm，高度為10-200nm，間距為0-5μm；所述的凸起的寬度為10-500nm，高度為2-200nm；所述的高分子材料為聚二甲基硅氧烷、聚醚型聚氨酯、醫(yī)用聚氯乙烯、膽甾型液晶、向列型液晶、聚對(duì)苯二甲酸甲酯、環(huán)糊精、聚四氟乙烯、聚烯烴、硅橡膠、聚氨酯、滌綸、聚乙醇酸、聚乳酸、聚乙烯醇、硬脂酰葡聚糖、N-異丙基丙烯酰胺、殼聚糖及其衍生物、1，6-己二異氰酸酯膽固醇單酯、聚二甲基硅氧烷基甲基丙烯酸酯、聚丙交脂、聚已交脂、聚己內(nèi)脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、纖維素、聚乙烯、聚羥基丙酸脂、明膠以及它們之間的共聚物、聚甲基丙烯酸羥乙酯-聚丁二烯共聚物等含有親水與疏水基團(tuán)的天然產(chǎn)物、或合成產(chǎn)物以及不同單體的共聚物。
2、 一種權(quán)利要求1所述的具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料的制備方法， 包括如下的步驟1) 首先在基板上通過溶液自組裝的方法構(gòu)建直徑為20 — 500nm的納米粒子緊密排 列的模板；2) 然后將液態(tài)有機(jī)高分子或者融化的固態(tài)高分子倒在步驟l)的模板上，在真空 度為58—76cmHg、所用高分子的熔點(diǎn)以上的溫度條件下減壓保溫5—60分鐘，再使其 固化；所述的高分子材料為聚二甲基硅氧烷、聚醚型聚氨酯、醫(yī)用聚氯乙烯、膽甾型液 晶、向列型液晶、聚對(duì)苯二甲酸甲酯、環(huán)糊精、聚四氟乙烯、聚烯烴、硅橡膠、聚氨 酯、滌綸、聚乙醇酸、聚乳酸、聚乙烯醇、硬脂酰葡聚糖、N-異丙基丙烯酰胺、殼聚 糖及其衍生物、1， 6-己二異氰酸酯膽固醇單酯、聚二甲基硅氧烷基甲基丙烯酸酯、聚 丙交脂、聚已交脂、聚己內(nèi)脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、纖維素、聚乙烯、聚 羥基丙酸脂、明膠以及它們之間的共聚物、聚甲基丙烯酸羥乙酯-聚丁二烯共聚物等含 有親水與疏水基團(tuán)的天然產(chǎn)物、或合成產(chǎn)物以及不同單體的共聚物；3) 將步驟2)中的高分子膜從模板上分離出來(lái)，放到疏水劑中浸泡0.5—5個(gè)小 時(shí)，自然晾干，作為一次膜；4) 以步驟3)制得的一次膜為模板，重復(fù)步驟2)的過程，從一次膜上剝離下來(lái)為二次膜；5) 將步驟4)制得的二次膜裁成四邊形，表面貼附于直徑為1一20 cm的圓柱狀 物體上，將與一次膜相接觸的一面暴露于空氣，再在等離子清洗器中氧化0.5—60分 鐘；6) 以步驟5)中氧化后的二次膜的一條對(duì)角線為軸，把不在對(duì)角線上的其它兩個(gè) 端點(diǎn)向上折起，當(dāng)這兩個(gè)端點(diǎn)的投影落在對(duì)角線上時(shí)停止翻折，將其復(fù)原，得到本發(fā) 明的具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料。
3、 如權(quán)利要求2所述的具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料的制備方法， 其特征在于所述步驟l)的基板為玻璃板、硅片、Al203板、金屬板、金屬氧化物板 或高分子板。
4、 如權(quán)利要求2所述的具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料的制備方法， 其特征在于所述步驟1)的溶液自組裝方法為共價(jià)自組裝、靜電自組裝、或外延自 組裝。
5、 如權(quán)利要求2所述的具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料的制備方法， 其特征在于所述步驟1)的納米粒子為金屬粒子、金屬氧化物粒子、金屬硫化物， 金屬硒化物、礦物質(zhì)、或高分子粒子。
6、 如權(quán)利要求2所述的具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料的制備方法， 其特征在于所述步驟3)的疏水劑為氟硅烷、聚碳硅烷、氟代有機(jī)硅氧烷、硅酸酯、 全鹵代乙垸、大于C7的長(zhǎng)鏈羧酸、氟烷基烷氧基硅垸、丙烯酸聚合物改性蠟、氟化 丙烯酸以及親水親油平衡值小于3的疏水表面活性劑、或C5—C17的長(zhǎng)鏈垸烴。
7、 如權(quán)利要求6所述的具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料的制備方法， 其特征在于所述的氟代有機(jī)硅氧垸化合物的結(jié)構(gòu)式為(C F2 +1^)2 ^
少C//2C7/2Of2S/(Oi )3 其中yK)， l或2; n為選自2-10之一的整數(shù)；及=—Ci/3，—C2/f5;Z = —Ci/2Cif2—，或-S02A^Ci/2Cif2-i ,為//，或c,-c;的烷基。
8、 如權(quán)利要求6所述的具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料的制備方法，其 特征在于所述的硅酸酯的結(jié)構(gòu)式為(C//3) S/(Oi 4)4_m ;其中i 4 = -C//3，-C2i/5;m = 0，1，2 。
9、 如權(quán)利要求6所述的具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料的制備方法，其 特征在于所述的全鹵代烷為CF2C/CFC/2，CF2C7CF2C/，CFC/2CFC/2或CF3CC/3 。
10、 如權(quán)利要求2所述的具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料的制備方法， 其特征在于所述步驟5)的等離子清洗器的功率為5—200瓦。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料，材料表面結(jié)構(gòu)由微米的褶皺以及納米的凸起構(gòu)成，納米的凸起隨機(jī)散落在褶皺上以及相鄰褶皺之間的地方。該血液相容性材料的制法包括先在基板上通過溶液自組裝的方法構(gòu)建一納米粒子緊密排列的模板；然后將液態(tài)高分子倒在模板上，使其固化；將高分子膜從模板上分離出來(lái)，放到疏水劑中浸泡，作為一次膜；以一次膜為模板，制備二次膜；將二次膜在等離子清洗器中氧化；扭轉(zhuǎn)得到本發(fā)明的具有微納耦合界面結(jié)構(gòu)的血液相容性材料。從測(cè)試實(shí)驗(yàn)可以看出，激活的血小板在該具有微納耦合結(jié)構(gòu)的界面幾乎不粘附，這就大大降低了凝血或者血栓形成的機(jī)會(huì)，從而顯著提高了材料的血液相容性。
文檔編號(hào)A61L33/06GK101190344SQ20061014425
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2006年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月30日
發(fā)明者樊紅雷, 雷 江, 東 韓 申請(qǐng)人:國(guó)家納米科學(xué)中心