聚全氟乙丙烯膜表面抗炎性和抗凝血性改性

董艷霞++杜亞龍

摘 要：本文利用高頻低溫等離子體技術(shù)與紫外（UV）接枝技術(shù)，在疏水性FEP膜表面接枝具有特殊功能的環(huán)丙沙星和肝素，對(duì)其表面進(jìn)行改性，以賦予FEP材料優(yōu)異的生物相容性和抗菌性。

關(guān)鍵詞：聚全氟乙丙烯 表面改性 生物相容性 抗菌性

中圖分類號(hào)：TQ320 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）07（a）-0001-02

聚全氟乙烯（FEP）材料具有良好的耐腐蝕性、無(wú)毒、化學(xué)穩(wěn)定性和良好的加工性能，被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。近幾年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)對(duì)生物醫(yī)用高分子材料表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男?，在材料表面偶合或者結(jié)合具有抗菌性能和抗凝血性能的高分子，賦予材料表面優(yōu)良的生物相容性能，能夠有效阻止在生物體體內(nèi)的細(xì)菌感染[1]和凝血現(xiàn)象[2]的形成。

環(huán)丙沙星為第三代喹諾酮類抗菌藥物，具廣譜抗菌活性，殺菌效果好，對(duì)大腸桿菌、綠膿桿菌、流感嗜血桿菌、金黃色葡萄球菌等具有優(yōu)良的抗菌作用。本文為了在FEP表面化學(xué)鍵合環(huán)丙沙星和肝素混合物，以提高其抗炎性和抗凝血性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

聚全氟乙丙烯（FEP）膜：0.1 mm厚，切成2 cm×4 cm樣品，用丙酮、去離子水依次超聲清洗各3次，5 min/次，室溫真空干燥24 h后密封保存?zhèn)溆?；金黃色葡萄球菌、大腸桿菌，菌株來(lái)源-中國(guó)科學(xué)院微生物研究所菌種保藏中心；環(huán)丙沙星，市售；肝素鈉（Hp，優(yōu)級(jí)純）、N，N'-二甲基甲酰胺（DMF，分析純），國(guó)藥集團(tuán)（上海）化學(xué)試劑有限公司；N，N′-二環(huán)己基碳二酰亞胺（DCC）、4-二甲氨基吡啶（DMAP）為化學(xué)純，中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)（上海）化學(xué)試劑公司；丙烯酸（AAc）為分析純，天津市福星化學(xué)試劑廠；Ar：99.999%以上的高純氣體。

XPA-5型升降式光化學(xué)反應(yīng)儀，南京胥江機(jī)電廠；PECVD500-HF輝光等離子體設(shè)備，北京泰科諾科技有限公司；衰減全反射紅外光譜儀（ATR-FIIR），Tensor 27型、德國(guó)Bruker公司；X射線光電子能譜儀（XPS），AXIS ULTRA型，英國(guó)Kratos Analytical公司；HH-6s數(shù)顯恒溫水浴鍋，金紡市精達(dá)儀器制造廠；101-OAB型電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司；DZF-6020真空干燥箱，上海一恒科技有限公司；TGL-16M高速臺(tái)式冷凍離心機(jī)，長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 接枝聚合AAc

將FEP膜放入PECVD500-HF輝光等離子體發(fā)生器中，抽真空至1Pa以下。在（6 kV、50 Pa、3 min）條件下處理后取出并在空氣中暴露20 min；接著浸入濃度為6%（v/v）的AAc水溶液中，置于光化學(xué)反應(yīng)儀中（紫外燈：1000 W，波長(zhǎng)：350 nm），通氮排氧進(jìn)行接枝聚合反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)完畢后，將樣品置于恒溫振蕩器中，在60 ℃水浴中中攪拌清洗6 h，蒸餾水清洗3次，以除去未反應(yīng)的AAc單體和均聚物。在35 ℃下真空干燥48 h，樣品記為FEP-pAAc。

1.2.2 接枝Hp

將FEP-pAAc膜（1 cm×1 cm）、0.08 mmol DMAP放入100 ml的燒杯中，依次加入30 mL DMF、25 mg Hp；隨后，置于冰水浴中，緩慢加入0.4 mmol DCC，攪拌反應(yīng)6 h。反應(yīng)完畢后，將樣品依次用DMF攪拌清洗4 h、蒸餾水清洗4 h。在35 ℃下真空干燥48 h，樣品記為FEP-pAAc-Hp。

1.2.3 接枝Hp/Cip混合物

將FEP-pAAc膜（1cm×1cm）、0.1 mmol DMAP放入100 ml燒杯中，依次加入50 ml DMF、25 mg Hp；隨后將燒杯放入冰水浴中，緩慢加入0.5 mmol DCC，攪拌反應(yīng)4 h后繼續(xù)加入0.1 mmol DMAP、25 mg Cip、緩慢加入0.5 mmol DCC，繼續(xù)攪拌反應(yīng)4 h。反應(yīng)完畢后，樣品依次用DMF沖洗4 h，蒸餾水清洗4 h。在35 ℃下真空干燥24 h，樣品記為FEP-pAAc-Hp/Cip。

1.3 表征方法

表面結(jié)構(gòu)變化通過(guò)ATR-FTIR測(cè)定；表面組成分析采用XPS。

1.4 生物相容性能測(cè)試

1.4.1 血小板黏附實(shí)驗(yàn)

抽取50 ml健康人體的新鮮血液，加入一定濃度的檸檬酸鈉溶液抗凝。將血液1200轉(zhuǎn)/min離心12 min，小心取上清液，得到貧血小板血漿（platelet poor plasma，PPP）。收集貧血小板血漿，4550轉(zhuǎn)/min離心10 min，小心取上清液，得到富血小板血漿（platelet rich plasma，PRP）。取50 ml PRP 滴在樣品（1 cm×1 cm）表面，30 min后，用PBS（pH=7.2）沖洗，除去未緊附的血小板。隨后用1%（wt.%）戊二醛溶液浸泡30 min，用去離子水沖洗幾次。緊接著，將粘附血小板的樣品表面依次用30、40、50、60、70、80、90、100%乙醇/水溶液（v/v）浸泡，15 min/次。最后自然晾干，噴金置于SEM下觀察。

1.4.2 抑菌圈法抗菌實(shí)驗(yàn)

將金黃色葡萄球菌和大腸桿菌于試管斜面中活化，37 ℃培養(yǎng)24 h后，加入適量無(wú)菌水將菌體刮除并制備成菌懸液。將菌懸液稀釋相應(yīng)倍數(shù)后與營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基混合后倒入培養(yǎng)皿中。待培養(yǎng)基凝固后，將原始FEP膜、FEP-pAAc膜和FEP-pAAc-Hp/Cip膜裁剪為1 cm×1 cm大小，置于培養(yǎng)基表面。培養(yǎng)皿置于37 ℃培養(yǎng)24h后，分別在24 h和48 h時(shí)觀察抑菌圈的大小。

2 結(jié)果與討論

2.1 ATR-FTIR分析

與a和b比較，圖c看到在1650 cm-1和1050 cm-1處出現(xiàn)特征吸收峰分別為-NH-和-SO3，表明Hp成功接枝到FEP-pAAc膜表面。圖d看到在2930 cm-1和2810 cm-1出現(xiàn)了-CH2-吸收峰位，在2500 cm-1處出現(xiàn)的峰是由于與氮相鄰的亞甲基和次甲基的碳?xì)渖炜s振動(dòng)引起的，在1648 cm-1處峰位明顯變強(qiáng)，這是由于Hp和Cip分子中的-NH-疊加引起的，在1048 cm-1處為-SO3的特征吸收峰峰位，在1500 cm-1處峰形明顯變寬，這是由于Cip分子中芳環(huán)中環(huán)變形振動(dòng)引起的，表明Hp/Cip混合物成功接枝到FEP-pAAc膜表面。

2.2 血液相容性分析

2.4 抗菌性能分析

不同膜表面的抑菌圈照片。（a，a'，e，e'）看到在24 h和48 h時(shí)，樣品周圍無(wú)抑菌圈，表明原始膜本身不具有抗菌性。（b，b'）看到FEP-pAAc膜周圍無(wú)抑菌圈出現(xiàn)，表明對(duì)金黃色葡萄球菌不具有抗菌性。然而（f， f'）所示，F(xiàn)EP-pAAc膜周圍有微弱的抑菌圈出現(xiàn)，對(duì)大腸桿菌具有略微的抗菌性，這是由于形成的pAAc層具有羧酸環(huán)境，對(duì)革蘭氏陰性菌具有一定的殺菌作用。（c，c'，g，g'）看到接枝Hp/Cip混合物的膜周圍均形成了明顯的抑菌圈。在24 h和48 h時(shí)，對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌圈直徑分別為19.2 mm和18.6 mm，對(duì)大腸桿菌的抑菌圈直徑分別為18.2 mm和16.4 mm。此結(jié)果表明，接枝Hp/Cip混合物可以體現(xiàn)出Cip本身優(yōu)良的抗菌性能，能夠有效改善材料表面的抗菌性能。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）在冰水浴下，通過(guò)酯化反應(yīng)，將Hp/Cip混合物接枝到FEP-pAAc膜表面。通過(guò)ATR-FTIR、SEM、AFM測(cè)試分析，證明Hp/Cip混合物成功接枝到FEP-pAAc膜表面。

（2）通過(guò)體外血小板黏附實(shí)驗(yàn)和抗菌性能測(cè)試，表明接枝Hp/Cip混合物的膜表面有優(yōu)良的抗凝血性能和抗菌性能。

（3）本研究通過(guò)DCC/DMAP酯化反應(yīng)，在FEP-pAAc膜表面成功接枝具有良好抗凝血性能和抗菌性能的Hp/Cip混合物，賦予材料表面優(yōu)良的復(fù)合性能，拓展了惰性FEP膜在生物醫(yī)用高分子材料領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，提供了一種高效的表面改性技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 周軒榕，盧滇楠，邵曼君，等.表面接枝季銨鹽型高分子材料抗菌過(guò)程的特性研究[J].高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)，2003，24（6）：1131-1135.

[2] 文志紅，鄔素華，陳維濤.醫(yī)用肝素化抗凝血高分子材料的研究進(jìn)展[J].塑料，2005，34（2）：26-30.

與a和b比較，圖c看到在1650 cm-1和1050 cm-1處出現(xiàn)特征吸收峰分別為-NH-和-SO3，表明Hp成功接枝到FEP-pAAc膜表面。圖d看到在2930 cm-1和2810 cm-1出現(xiàn)了-CH2-吸收峰位，在2500 cm-1處出現(xiàn)的峰是由于與氮相鄰的亞甲基和次甲基的碳?xì)渖炜s振動(dòng)引起的，在1648 cm-1處峰位明顯變強(qiáng)，這是由于Hp和Cip分子中的-NH-疊加引起的，在1048 cm-1處為-SO3的特征吸收峰峰位，在1500 cm-1處峰形明顯變寬，這是由于Cip分子中芳環(huán)中環(huán)變形振動(dòng)引起的，表明Hp/Cip混合物成功接枝到FEP-pAAc膜表面。

2.2 血液相容性分析

2.4 抗菌性能分析

不同膜表面的抑菌圈照片。（a，a'，e，e'）看到在24 h和48 h時(shí)，樣品周圍無(wú)抑菌圈，表明原始膜本身不具有抗菌性。（b，b'）看到FEP-pAAc膜周圍無(wú)抑菌圈出現(xiàn)，表明對(duì)金黃色葡萄球菌不具有抗菌性。然而（f， f'）所示，F(xiàn)EP-pAAc膜周圍有微弱的抑菌圈出現(xiàn)，對(duì)大腸桿菌具有略微的抗菌性，這是由于形成的pAAc層具有羧酸環(huán)境，對(duì)革蘭氏陰性菌具有一定的殺菌作用。（c，c'，g，g'）看到接枝Hp/Cip混合物的膜周圍均形成了明顯的抑菌圈。在24 h和48 h時(shí)，對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌圈直徑分別為19.2 mm和18.6 mm，對(duì)大腸桿菌的抑菌圈直徑分別為18.2 mm和16.4 mm。此結(jié)果表明，接枝Hp/Cip混合物可以體現(xiàn)出Cip本身優(yōu)良的抗菌性能，能夠有效改善材料表面的抗菌性能。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）在冰水浴下，通過(guò)酯化反應(yīng)，將Hp/Cip混合物接枝到FEP-pAAc膜表面。通過(guò)ATR-FTIR、SEM、AFM測(cè)試分析，證明Hp/Cip混合物成功接枝到FEP-pAAc膜表面。

（2）通過(guò)體外血小板黏附實(shí)驗(yàn)和抗菌性能測(cè)試，表明接枝Hp/Cip混合物的膜表面有優(yōu)良的抗凝血性能和抗菌性能。

（3）本研究通過(guò)DCC/DMAP酯化反應(yīng)，在FEP-pAAc膜表面成功接枝具有良好抗凝血性能和抗菌性能的Hp/Cip混合物，賦予材料表面優(yōu)良的復(fù)合性能，拓展了惰性FEP膜在生物醫(yī)用高分子材料領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，提供了一種高效的表面改性技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 周軒榕，盧滇楠，邵曼君，等.表面接枝季銨鹽型高分子材料抗菌過(guò)程的特性研究[J].高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)，2003，24（6）：1131-1135.

[2] 文志紅，鄔素華，陳維濤.醫(yī)用肝素化抗凝血高分子材料的研究進(jìn)展[J].塑料，2005，34（2）：26-30.

與a和b比較，圖c看到在1650 cm-1和1050 cm-1處出現(xiàn)特征吸收峰分別為-NH-和-SO3，表明Hp成功接枝到FEP-pAAc膜表面。圖d看到在2930 cm-1和2810 cm-1出現(xiàn)了-CH2-吸收峰位，在2500 cm-1處出現(xiàn)的峰是由于與氮相鄰的亞甲基和次甲基的碳?xì)渖炜s振動(dòng)引起的，在1648 cm-1處峰位明顯變強(qiáng)，這是由于Hp和Cip分子中的-NH-疊加引起的，在1048 cm-1處為-SO3的特征吸收峰峰位，在1500 cm-1處峰形明顯變寬，這是由于Cip分子中芳環(huán)中環(huán)變形振動(dòng)引起的，表明Hp/Cip混合物成功接枝到FEP-pAAc膜表面。

2.2 血液相容性分析

2.4 抗菌性能分析

不同膜表面的抑菌圈照片。（a，a'，e，e'）看到在24 h和48 h時(shí)，樣品周圍無(wú)抑菌圈，表明原始膜本身不具有抗菌性。（b，b'）看到FEP-pAAc膜周圍無(wú)抑菌圈出現(xiàn)，表明對(duì)金黃色葡萄球菌不具有抗菌性。然而（f， f'）所示，F(xiàn)EP-pAAc膜周圍有微弱的抑菌圈出現(xiàn)，對(duì)大腸桿菌具有略微的抗菌性，這是由于形成的pAAc層具有羧酸環(huán)境，對(duì)革蘭氏陰性菌具有一定的殺菌作用。（c，c'，g，g'）看到接枝Hp/Cip混合物的膜周圍均形成了明顯的抑菌圈。在24 h和48 h時(shí)，對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌圈直徑分別為19.2 mm和18.6 mm，對(duì)大腸桿菌的抑菌圈直徑分別為18.2 mm和16.4 mm。此結(jié)果表明，接枝Hp/Cip混合物可以體現(xiàn)出Cip本身優(yōu)良的抗菌性能，能夠有效改善材料表面的抗菌性能。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）在冰水浴下，通過(guò)酯化反應(yīng)，將Hp/Cip混合物接枝到FEP-pAAc膜表面。通過(guò)ATR-FTIR、SEM、AFM測(cè)試分析，證明Hp/Cip混合物成功接枝到FEP-pAAc膜表面。

（2）通過(guò)體外血小板黏附實(shí)驗(yàn)和抗菌性能測(cè)試，表明接枝Hp/Cip混合物的膜表面有優(yōu)良的抗凝血性能和抗菌性能。

（3）本研究通過(guò)DCC/DMAP酯化反應(yīng)，在FEP-pAAc膜表面成功接枝具有良好抗凝血性能和抗菌性能的Hp/Cip混合物，賦予材料表面優(yōu)良的復(fù)合性能，拓展了惰性FEP膜在生物醫(yī)用高分子材料領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，提供了一種高效的表面改性技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 周軒榕，盧滇楠，邵曼君，等.表面接枝季銨鹽型高分子材料抗菌過(guò)程的特性研究[J].高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)，2003，24（6）：1131-1135.

[2] 文志紅，鄔素華，陳維濤.醫(yī)用肝素化抗凝血高分子材料的研究進(jìn)展[J].塑料，2005，34（2）：26-30.