聚乙烯亞胺－肝素涂層改性聚氯乙烯與表征

李 亮，魏端麗，曹南南，汪 洋

武漢工程大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430074

0 引 言

1953年人體心臟手術首次用到體外循環(huán)技術，后來心肺復蘇、臟器移植治療等方面都用到了該項技術［1］.然而，此項技術中存在著術后發(fā)生系統(tǒng)性炎性反應綜合癥、敗血癥等問題.這些現(xiàn)象主要是由體外循環(huán)管道的血液不相容性所引起的［2－3］.為了解決這個問題，大量的研究工作主要集中在改性材料，使其具有一定的抗凝血性和生物相容性.今年的研究結果表明：術后的全身炎性反應可以通過改善材料的血液相容性減輕，而防止血栓的形成可以通過提高材料的抗凝血性解決.肝素分子具有較好的抗凝血作用和血液相容性，是理想的生物型藥品［4－5］.在材料改性方面有著重要的作用.肝素可以有效減少血栓的形成［6－7］，避開了直接向血液中注入肝素分子所帶來的病變，手術的安全性得到了提高，具有實際意義.

通過聚乙烯亞胺－肝素涂層的方法對醫(yī)用聚氯乙烯（PVC）管道進行了材料的改性處理.利用紅外光譜檢測技術判定了該方法的可行性，繪制了標準濃度肝素鈉溶液的工作曲線和標準濃度聚乙烯亞胺－肝素（PEI－H）復合物的工作曲線，用雙光束紫外可見分光光度計結合甲苯胺藍的方法測定了新型材料的肝素分子脫落率，評價了此類涂層材料表面肝素分子的穩(wěn)定性.

1 實驗部分

1.1 聚乙烯亞胺－肝素結合

在無水乙醇（42.5mL）中加入一定量質(zhì)量分數(shù)為15%的聚乙烯亞胺（數(shù)均分子量約為7萬）水溶液，少量戊二 醛 和 1，1，2－三氟 三氯乙烷1.25mL；將醫(yī)用聚氯乙烯管道均剪成15cm長，一端封閉，另一端注入上述聚乙烯亞胺乙醇溶液，37℃水浴30min后倒出余液，常溫下干燥；待管道內(nèi)壁徹底干燥后，向管道中注入1%（pH＝1）肝素水溶液，37℃水浴30min后倒出余液，真空常溫下干燥后備用；依此步驟重復3次，得到改良PVC材料，干燥備用.

1.2 涂層管道內(nèi)表面復合物相關測試

1.2.1 紅外光譜測試 將結合涂層的PVC管道完全浸泡在無水乙醇中，使得含有涂層的PVC管道涂層完全洗脫，并且全部溶解，再取一定量純的肝素鈉溶解，分別取兩種溶液利用紅外光譜儀進行紅外掃描光譜分析.

1.2.2 肝素標準曲線的制定 配制一系列濃度的標準肝素鈉溶液，磷酸鹽緩沖液（pH＝7.4）為溶劑；分別向不同濃度的肝素鈉溶液中加入0.2%NaCl的質(zhì)量濃度為0.005%的甲苯胺藍（TB）溶液，充分振搖10min使其反應形成配合物.最后分別加入正己烷，超聲5min，使配合物分離到有機層，分離在水相中的為未絡合的甲苯胺藍，分離，取下層水相于630nm處測其吸光度；重復3次取平均值.

1.2.3 肝素結合表面肝素含量的測定 肝素結合表面肝素含量的測定分為兩個部分：第一，在221nm處測定管道表面涂層的PEI－H復合物的吸光度，涂層表面PEI－H復合物的含量，通過比較標準濃度PEI－H復合物工作曲線計算得到.第二，取一定量的聚乙烯亞胺與過量肝素反應，游離肝素含量利用甲苯胺藍法測得，PEI－H復合物中的肝素含量為反應前溶液中游離肝素的量與反應后溶液中游離肝素的量的差值.通過上述兩步法計算即可得到表面肝素的含量.

1.3 肝素釋放速率的測量

常溫下，制備PEI－H復合物的浸提液.用雙光束紫外可見光分光光度計結合甲苯胺藍法測定其在不同浸泡時間取樣的吸光度，通過計算得到游離肝素的量，其與表面肝素含量的比值，即為肝素分子的釋放速率.

2 結果與討論

2.1 聚乙烯亞胺－肝素結合涂層PVC管道表面肝素的紅外光譜表征

由于肝素量較少，難以直接表征醫(yī)用PVC管道表面肝素的存在.在實驗中將固定在PVC表面的的肝素涂層用乙醇洗脫，再對洗脫液進行紅外光譜測試.圖1為純肝素和聚乙烯亞胺－肝素復合物的紅外光譜圖.由圖1可見，純肝素與用乙醇洗脫的肝素涂層的紅外光譜圖很類似.這表明在我們的實驗中，肝素涂層已經(jīng)被成功的涂布在聚氯乙烯表面.這是因為肝素分子中含有許多帶有負電荷的官能團，而聚乙烯亞胺在水中以聚合陽離子存在.因此通過陰陽離子相互作用，肝素分子能與聚乙烯亞胺相結合，從而被固定在醫(yī)用聚氯乙烯材料表面.

圖1 純肝素和聚乙烯亞胺－肝素復合物的紅外光譜圖Fig.1 FT－IR of GSN and PEI－H

2.2 游離肝素鈉濃度標準工作曲線

由于甲苯胺藍在631nm處有最大吸收峰，對甲苯胺藍在631nm處吸光度前、后差值進行比較，三次測試光度值后平均數(shù)值分別為0，0.1，0.3，0.5，0.5，0.9，1.0，0.9，以所測吸光光度值為縱坐標，肝素鈉質(zhì)量濃度為0，2，4，8，10，16，20 mg／L為橫坐標，繪制標準曲線.見圖2.

圖2 肝素鈉標準曲線Fig.2 The standard curve of heparin－sodium

2.3 肝素結合表面肝素含量的測定

2.3.1 標準濃度聚乙烯亞胺－肝素復合物工作曲線 標準聚乙烯亞胺－肝素復合物溶液按照測試標準肝素濃度的方法，3次測定光度值后平均數(shù)值分別為0，0.031，0.103，0.164，0.213，以所測吸光度為縱坐標，聚乙烯亞胺－肝素復合物質(zhì)量濃度0，2，4，8，10mg／L為橫坐標，繪制標準曲線，見圖3.

圖3 PEI－H標準曲線Fig.3 The standard curve of PEI－H

用無水乙醇完全洗脫涂層表面的聚乙烯亞胺－肝素復合物，在211nm處測定其吸光度為2.586，比較標準濃度聚乙烯亞胺－肝素工作曲線，得到涂層表面聚乙烯亞胺－肝素復合物含量為1 069.4μg／cm2.

2.3.2 聚乙烯亞胺－肝素復合物中肝素含量的測定 取少量的聚乙烯亞胺與過量肝素發(fā)生反應，通過雙光束紫外可見分光光度計結合甲苯胺藍法測得反應前后溶液中游離肝素含量，其差值為125.2μg／cm2，即是 PEI－H 復合物中肝素的量.表面肝素的含量由PEI－H復合物中肝素含量即可求得，為944.1μg／cm2.

2.4 肝素釋放速率的測定

甲苯胺藍分光光度法測定結果表明，經(jīng)過涂層處理的醫(yī)用PVC材料表面肝素含量為944.1μg／cm2.在生理鹽水中浸泡700h后游離肝素的含量很小，PEI－H涂層的PVC表面肝素脫落率僅為0.78%.見圖4.

圖4 浸泡時間對肝素穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of soaking time on stability of heparin

3 結 語

我們先在醫(yī)用聚氯乙烯材料表面引入陽離子聚乙烯亞胺，再通過其與肝素分子中的負電荷官能團發(fā)生陰陽離子相互作用，成功在醫(yī)用聚氯乙烯表面涂布肝素化層.實驗表明經(jīng)過聚乙烯亞胺－肝素涂層改性的聚氯乙烯材料在生理鹽水中脫落的肝素量很小，有望在外科手術中得到一定應用.

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