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(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430074

0 引 言

1953年人體心臟手術(shù)首次用到體外循環(huán)技術(shù)，后來(lái)心肺復(fù)蘇、臟器移植治療等方面都用到了該項(xiàng)技術(shù)［1］.然而，此項(xiàng)技術(shù)中存在著術(shù)后發(fā)生系統(tǒng)性炎性反應(yīng)綜合癥、敗血癥等問(wèn)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(gè)問(wèn)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(jié)果表明：術(shù)后的全身炎性反應(yīng)可以通過(guò)改善材料的血液相容性減輕，而防止血栓的形成可以通過(guò)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(kāi)了直接向血液中注入肝素分子所帶來(lái)的病變，手術(shù)的安全性得到了提高，具有實(shí)際意義.

通過(guò)聚乙烯亞胺－肝素涂層的方法對(duì)醫(yī)用聚氯乙烯（PVC）管道進(jìn)行了材料的改性處理.利用紅外光譜檢測(cè)技術(shù)判定了該方法的可行性，繪制了標(biāo)準(zhǔn)濃度肝素鈉溶液的工作曲線和標(biāo)準(zhǔn)濃度聚乙烯亞胺－肝素（PEI－H）復(fù)合物的工作曲線，用雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)結(jié)合甲苯胺藍(lán)的方法測(cè)定了新型材料的肝素分子脫落率，評(píng)價(jià)了此類涂層材料表面肝素分子的穩(wěn)定性.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 聚乙烯亞胺－肝素結(jié)合

在無(wú)水乙醇（42.5mL）中加入一定量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的聚乙烯亞胺（數(shù)均分子量約為7萬(wàn)）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(zhǎng)，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(fù)3次，得到改良PVC材料，干燥備用.

1.2 涂層管道內(nèi)表面復(fù)合物相關(guān)測(cè)試

1.2.1 紅外光譜測(cè)試 將結(jié)合涂層的PVC管道完全浸泡在無(wú)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(jìn)行紅外掃描光譜分析.

1.2.2 肝素標(biāo)準(zhǔn)曲線的制定 配制一系列濃度的標(biāo)準(zhǔn)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(lán)（TB）溶液，充分振搖10min使其反應(yīng)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(jī)層，分離在水相中的為未絡(luò)合的甲苯胺藍(lán)，分離，取下層水相于630nm處測(cè)其吸光度；重復(fù)3次取平均值.

1.2.3 肝素結(jié)合表面肝素含量的測(cè)定 肝素結(jié)合表面肝素含量的測(cè)定分為兩個(gè)部分：第一，在221nm處測(cè)定管道表面涂層的PEI－H復(fù)合物的吸光度，涂層表面PEI－H復(fù)合物的含量，通過(guò)比較標(biāo)準(zhǔn)濃度PEI－H復(fù)合物工作曲線計(jì)算得到.第二，取一定量的聚乙烯亞胺與過(guò)量肝素反應(yīng)，游離肝素含量利用甲苯胺藍(lán)法測(cè)得，PEI－H復(fù)合物中的肝素含量為反應(yīng)前溶液中游離肝素的量與反應(yīng)后溶液中游離肝素的量的差值.通過(guò)上述兩步法計(jì)算即可得到表面肝素的含量.

1.3 肝素釋放速率的測(cè)量

常溫下，制備PEI－H復(fù)合物的浸提液.用雙光束紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)結(jié)合甲苯胺藍(lán)法測(cè)定其在不同浸泡時(shí)間取樣的吸光度，通過(guò)計(jì)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(jié)果與討論

2.1 聚乙烯亞胺－肝素結(jié)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(shí)驗(yàn)中將固定在PVC表面的的肝素涂層用乙醇洗脫，再對(duì)洗脫液進(jìn)行紅外光譜測(cè)試.圖1為純肝素和聚乙烯亞胺－肝素復(fù)合物的紅外光譜圖.由圖1可見(jiàn)，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(shí)驗(yàn)中，肝素涂層已經(jīng)被成功的涂布在聚氯乙烯表面.這是因?yàn)楦嗡胤肿又泻性S多帶有負(fù)電荷的官能團(tuán)，而聚乙烯亞胺在水中以聚合陽(yáng)離子存在.因此通過(guò)陰陽(yáng)離子相互作用，肝素分子能與聚乙烯亞胺相結(jié)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)工作曲線

由于甲苯胺藍(lán)在631nm處有最大吸收峰，對(duì)甲苯胺藍(lán)在631nm處吸光度前、后差值進(jìn)行比較，三次測(cè)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(cè)吸光光度值為縱坐標(biāo)，肝素鈉質(zhì)量濃度為0，2，4，8，10，16，20 mg／L為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線.見(jiàn)圖2.

圖2 肝素鈉標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 The standard curve of heparin－sodium

2.3 肝素結(jié)合表面肝素含量的測(cè)定

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)濃度聚乙烯亞胺－肝素復(fù)合物工作曲線 標(biāo)準(zhǔn)聚乙烯亞胺－肝素復(fù)合物溶液按照測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)肝素濃度的方法，3次測(cè)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(cè)吸光度為縱坐標(biāo)，聚乙烯亞胺－肝素復(fù)合物質(zhì)量濃度0，2，4，8，10mg／L為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，見(jiàn)圖3.

圖3 PEI－H標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.3 The standard curve of PEI－H

用無(wú)水乙醇完全洗脫涂層表面的聚乙烯亞胺－肝素復(fù)合物，在211nm處測(cè)定其吸光度為2.586，比較標(biāo)準(zhǔn)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(fù)合物含量為1 069.4μg／cm2.

2.3.2 聚乙烯亞胺－肝素復(fù)合物中肝素含量的測(cè)定 取少量的聚乙烯亞胺與過(guò)量肝素發(fā)生反應(yīng)，通過(guò)雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)結(jié)合甲苯胺藍(lán)法測(cè)得反應(yīng)前后溶液中游離肝素含量，其差值為125.2μg／cm2，即是 PEI－H 復(fù)合物中肝素的量.表面肝素的含量由PEI－H復(fù)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(cè)定

甲苯胺藍(lán)分光光度法測(cè)定結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)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(jiàn)圖4.

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

3 結(jié) 語(yǔ)

我們先在醫(yī)用聚氯乙烯材料表面引入陽(yáng)離子聚乙烯亞胺，再通過(guò)其與肝素分子中的負(fù)電荷官能團(tuán)發(fā)生陰陽(yáng)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(shí)驗(yàn)表明經(jīng)過(guò)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(shù)中得到一定應(yīng)用.

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