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與紫外（UV）接枝技術，在疏水性FEP膜表面接枝具有特殊功能的環丙沙星和肝素，對其表面進行改性，以賦予FEP材料優異的生物相容性和抗菌性。

關鍵詞：聚全氟乙丙烯 表面改性 生物相容性 抗菌性

中圖分類號：TQ320 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0001-02

聚全氟乙烯（FEP）材料具有良好的耐腐蝕性、無毒、化學穩定性和良好的加工性能，被廣泛應用于生物醫學領域。近幾年來，研究發現通過對生物醫用高分子材料表面進行適當的改性，在材料表面偶合或者結合具有抗菌性能和抗凝血性能的高分子，賦予材料表面優良的生物相容性能，能夠有效阻止在生物體體內的細菌感染[1]和凝血現象[2]的形成。

環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良的抗菌作用。本文為了在FEP表面化學鍵合環丙沙星和肝素混合物，以提高其抗炎性和抗凝血性。

1 實驗部分

1.1 實驗材料與儀器

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后密封保存備用；金黃色葡萄球菌、大腸桿菌，菌株來源-中國科學院微生物研究所菌種保藏中心；環丙沙星，市售；肝素鈉（Hp，優級純）、N，N'-二甲基甲酰胺（DMF，分析純），國藥集團（上海）化學試劑有限公司；N，N′-二環己基碳二酰亞胺（DCC）、4-二甲氨基吡啶（DMAP）為化學純，中國醫藥集團（上海）化學試劑公司；丙烯酸（AAc）為分析純，天津市福星化學試劑廠；Ar：99.999%以上的高純氣體。

XPA-5型升降式光化學反應儀，南京胥江機電廠；PECVD500-HF輝光等離子體設備，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Bruker公司；X射線光電子能譜儀（XPS），AXIS ULTRA型，英國Kratos Analytical公司；HH-6s數顯恒溫水浴鍋，金紡市精達儀器制造廠；101-OAB型電熱鼓風干燥箱，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高速臺式冷凍離心機，長沙湘儀離心機儀器有限公司。

1.2 實驗步驟

1.2.1 接枝聚合AAc

將FEP膜放入PECVD500-HF輝光等離子體發生器中，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，置于光化學反應儀中（紫外燈：1000 W，波長：350 nm），通氮排氧進行接枝聚合反應。實驗完畢后，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6 h。反應完畢后，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4 h后繼續加入0.1 mmol DMAP、25 mg Cip、緩慢加入0.5 mmol DCC，繼續攪拌反應4 h。反應完畢后，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

表面結構變化通過ATR-FTIR測定；表面組成分析采用XPS。

1.4 生物相容性能測試

1.4.1 血小板黏附實驗

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/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/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 抑菌圈法抗菌實驗

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

2 結果與討論

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出現了-CH2-吸收峰位，在2500 cm-1處出現的峰是由于與氮相鄰的亞甲基和次甲基的碳氫伸縮振動引起的，在1648 cm-1處峰位明顯變強，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分子中芳環中環變形振動引起的，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，樣品周圍無抑菌圈，表明原始膜本身不具有抗菌性。（b，b'）看到FEP-pAAc膜周圍無抑菌圈出現，表明對金黃色葡萄球菌不具有抗菌性。然而（f， f'）所示，FEP-pAAc膜周圍有微弱的抑菌圈出現，對大腸桿菌具有略微的抗菌性，這是由于形成的pAAc層具有羧酸環境，對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，對金黃色葡萄球菌的抑菌圈直徑分別為19.2 mm和18.6 mm，對大腸桿菌的抑菌圈直徑分別為18.2 mm和16.4 mm。此結果表明，接枝Hp/Cip混合物可以體現出Cip本身優良的抗菌性能，能夠有效改善材料表面的抗菌性能。

3 結語

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

（2）通過體外血小板黏附實驗和抗菌性能測試，表明接枝Hp/Cip混合物的膜表面有優良的抗凝血性能和抗菌性能。

（3）本研究通過DCC/DMAP酯化反應，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，賦予材料表面優良的復合性能，拓展了惰性FEP膜在生物醫用高分子材料領域內的應用，提供了一種高效的表面改性技術。

參考文獻

[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程的特性研究[J].高等學校化學學報，2003，24（6）：1131-1135.

[2] 文志紅，鄔素華，陳維濤.醫用肝素化抗凝血高分子材料的研究進展[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出現了-CH2-吸收峰位，在2500 cm-1處出現的峰是由于與氮相鄰的亞甲基和次甲基的碳氫伸縮振動引起的，在1648 cm-1處峰位明顯變強，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分子中芳環中環變形振動引起的，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，樣品周圍無抑菌圈，表明原始膜本身不具有抗菌性。（b，b'）看到FEP-pAAc膜周圍無抑菌圈出現，表明對金黃色葡萄球菌不具有抗菌性。然而（f， f'）所示，FEP-pAAc膜周圍有微弱的抑菌圈出現，對大腸桿菌具有略微的抗菌性，這是由于形成的pAAc層具有羧酸環境，對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，對金黃色葡萄球菌的抑菌圈直徑分別為19.2 mm和18.6 mm，對大腸桿菌的抑菌圈直徑分別為18.2 mm和16.4 mm。此結果表明，接枝Hp/Cip混合物可以體現出Cip本身優良的抗菌性能，能夠有效改善材料表面的抗菌性能。

3 結語

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

（2）通過體外血小板黏附實驗和抗菌性能測試，表明接枝Hp/Cip混合物的膜表面有優良的抗凝血性能和抗菌性能。

（3）本研究通過DCC/DMAP酯化反應，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，賦予材料表面優良的復合性能，拓展了惰性FEP膜在生物醫用高分子材料領域內的應用，提供了一種高效的表面改性技術。

參考文獻

[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程的特性研究[J].高等學校化學學報，2003，24（6）：1131-1135.

[2] 文志紅，鄔素華，陳維濤.醫用肝素化抗凝血高分子材料的研究進展[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出現了-CH2-吸收峰位，在2500 cm-1處出現的峰是由于與氮相鄰的亞甲基和次甲基的碳氫伸縮振動引起的，在1648 cm-1處峰位明顯變強，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分子中芳環中環變形振動引起的，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，樣品周圍無抑菌圈，表明原始膜本身不具有抗菌性。（b，b'）看到FEP-pAAc膜周圍無抑菌圈出現，表明對金黃色葡萄球菌不具有抗菌性。然而（f， f'）所示，FEP-pAAc膜周圍有微弱的抑菌圈出現，對大腸桿菌具有略微的抗菌性，這是由于形成的pAAc層具有羧酸環境，對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，對金黃色葡萄球菌的抑菌圈直徑分別為19.2 mm和18.6 mm，對大腸桿菌的抑菌圈直徑分別為18.2 mm和16.4 mm。此結果表明，接枝Hp/Cip混合物可以體現出Cip本身優良的抗菌性能，能夠有效改善材料表面的抗菌性能。

3 結語

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

（2）通過體外血小板黏附實驗和抗菌性能測試，表明接枝Hp/Cip混合物的膜表面有優良的抗凝血性能和抗菌性能。

（3）本研究通過DCC/DMAP酯化反應，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，賦予材料表面優良的復合性能，拓展了惰性FEP膜在生物醫用高分子材料領域內的應用，提供了一種高效的表面改性技術。

參考文獻

[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程的特性研究[J].高等學校化學學報，2003，24（6）：1131-1135.

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