基于多巴胺的医用材料表面抗菌、抗血栓涂层构建与性能研究

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随着植/介入材料(如:导管、心脏瓣膜、血液透析膜、心脏起搏器等)广泛应用于临床,极大的促进了医疗水平的发展。但是对于一些血液接触材料,往往会形成血栓,从而导致材料的功能丧失。此外,吸附在植入材料表面的细菌形成生物膜,引起持续的感染,使患者饱受痛苦的同时并且带来极大的经济负担,严重时常危及生命。因此,合理的设计一种同时具有抑制血栓形成和杀菌功能的表面具有重大的意义。由于多巴胺的表面改性策略反应条件温和、过程简单,只需在弱碱性溶液,常温以及空气氛围下即可进行,因此广泛应用于各种材料表面改性。所以,本论文通过多巴胺在聚氨酯(PU)表面构建了两种具有抗血栓和抗凝血功能的涂层,并研究了其性能。具体内容如下:1.肝素/羧甲基壳聚糖共混涂层的构建及抗菌/抗凝血性能评价。将具有抗菌功能的羧基基壳聚糖(CMCS)和抗凝血功能的肝素固定在通过聚多巴胺(PDA)功能化的聚氨酯(PU)表面,构建了一种具有生物活性剂抗凝和接触杀菌相结合的多功能涂层(PU/PDA-Hep/CMCS)。首先利用表面接触角仪、椭圆偏振测厚仪、场发射扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等仪器,表征了不同处理条件下的膜表面性质,结果表明构建的多层膜亲水性能明显提高,水接触角由原来的~100°降低到~46°,且最终的膜层厚度达到27 nm;接着对材料的血液相容性进行了评价,结果表明,经过改性的表面血小板吸附和蛋白质吸附明显降低,血浆复钙化时间(PRT)由原来的15 min提高到22 min,溶血率由(4.9±0.3)%降低为(3.5±0.1)%,表明血液相容性明显提高;然后评价了涂层的抗菌性能,结果表明,E.coli细菌数量减少~70%,S.aureus细菌数量减少了~80%;上述实验结果表明,构建的涂层不仅具有良好生物相容性,同时也表现出优异的抗菌性能。2.针对多巴胺在形成PDA涂层过程中,涂层沉积时间长且不稳定这一问题,在多巴胺聚合过程中,创造性地引入H2O2/CuSO4双氧化剂,这一方法能够明显缩短PDA涂层的形成时间。同时,由于聚合过程中Cu2+存在,赋予了涂层抗菌性能。随后,将亲水性聚合物聚乙二醇(PEG)引入到涂层表面,构建了一种生物惰性和缓释杀菌剂相结合的多功能涂层(PU/PDA(Cu)-PEG)。首先利用表面接触角仪、椭圆偏振测厚仪、SEM和XPS等方法测试不同处理条件下的膜表面性质,结果表明该涂层亲水性更好,水接触角由原来的~100°降低到~30°,且最终的膜层厚度达到35 nm;抗菌实验表明,该涂层不但可以抑制细菌在材料表面的粘附,而且还可以杀死90%以上的细菌,此外,Cu2+可以通过配位键交联增加涂层的交联程度,导致涂层的稳定性提高;最后,通过细胞毒性实验证明该材料具有低的毒性。
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