醫用高分子材料表面改性研究

摘要：高分子材料有著優良的物理、機械、化學、光學等性能，但是在由于本身性能的限制，影響了其在生物醫用領域的應用。采用表面改性技術可以在材料保持本體性能的基礎上，重新賦予新的生物醫學相容性，進一步拓寬高分子材料的應用范圍。本文綜述了醫用高分子材料表面該性的多種方法，并結合具體材料有重點的詳細介紹了改性的方法以及改性機理。

關鍵詞：醫用高分子材料；表面改性；生物相容性生物醫用材料是用于對生物體進行診斷、治療或修復或替換其病損組織、器官或增進功能的新型高科技材料。包括合成高分子材料、天然高分子材料、金屬和合金材料、無機材料、復合材料等。其中高分子材料作為20世紀劃時代的材料，具有來源豐富、方便制造、加工容易等優良特點，應用比較廣泛。但是，高分子材料表面的親水性、抗菌性、粘附性和生物相容性等性能的限制，影響著高分子材料的進一步使用，特別是生物醫用材料領域。

近年來，研究發現對高分子材料表面進行適宜的改性，既能使材料既保持本體優異性能，同時又賦予表面較高性能和功能，表面改性技術是比較經濟有效地開發新材料的途徑。

常用的材料表面改性大體歸納為：表面化學反應法、表面接枝法和表面復合法。針對不同原始材料的特點結合具體改性的目的，采取相應的改性方法，得到具有特殊表面性能的材料，拓寬了高分子材料的使用范圍。

1材料表面涂覆

這是一種最簡單的表面改性方法。其方法是在高分子材料表面直接涂上一層既能與基材相容，又含有功能性基團的有機物，這樣在材料表面就引入了新的功能性基團，從而改變材料的表面性能。如與水的潤濕性[1]。該方法的缺點是耐久性差，容易脫落。

2材料表面化學接枝

化學接枝是利用化學反應對高分子材料表面進行改性。該方法是利用高分子材料表面本身特有的反應基團，與被接枝的單體或大分子鏈上的特定基團發生化學反應來實現表面改性。但是在處理過程中會產生大量廢液，對人體和環境有危害，不利于大規模生產，在一定程度上限制了它的應用。Sui[2]等通過NaOH溶液水解聚己丙酰胺（PCL），在其表面耦合一種細胞識別的RGD肽，就是表面化學改性的例子。

3臭氧處理

臭氧具有較強的氧化能力。用臭氧對高分子材料進行處理，表面會發生氧化反應，能在高分子材料表面均勻的引入過氧基團，并且使用的臭氧氣體被還原為O2。該方法步驟簡單，操作容易，不會污染到環境。例如Liu[3]等將親水性聚合物接枝到經UV/O3氧化處理的聚醚砜（PES）膜表面。

4 UV光照接枝聚合

在光引發劑的存在下，用UV光照射高分子材料，產生的活性自由基引發單體在材料表面接枝聚合[4]。

5分子自組裝

分子自組裝是利用高分子材料和功能性分子之間的靜電引力，在材料表面制備超薄膜從而對高分子材料進行改性。自組裝單層膜（SAMs）技術可以用于制備納米尺寸的超薄膜材料，是一種極具應用前景的新型高效、環保的制膜技術，原理是兩親分子的頭基首先靜電吸附到材料表面，隨后自發形成有序的單分子層[5]。

近年來，分子自組裝技術在高分子材料的表面修飾、水處理、傳感器技術、金屬腐蝕與防護和催化劑等方面有著廣泛的應用。

6高能輻射

以高能射線來引發聚合，稱為輻射聚合。工業中常用的輻射類型有γ-射線、電子束輻射等，其中以γ-射線能量最大，穿透力強，應用最廣。輻射接枝聚合是通過對高分子材料進行輻射，在材料表面產生自由及活性點，進而引發單體接枝聚合，形成接枝共聚物。該技術對醫用高分子材料的合成和改性非常有效。

7離子束注入

是以高能離子束注入基材的近表面區，以改變表面性能的過程，該過程引起了高分子材料斷鏈、交聯，并將離子能量傳遞給高分子鏈從而促使材料表面發生劇烈的結構變化，達到表面改性的目的。其優點是，它是一種純凈的無公害的表面處理技術。

8等離子體處理

等離子體常用到高分子材料的表面改性，其機理如下：將高分子材料放置于氣體氛圍中，當等離子體中產生的能量粒子和活性粒子撞擊材料表面時，會把自身所帶能量傳遞給材料表面的分子和原子，導致材料表面發生物理或化學變化，并且產生長壽自由基（可達10d），隨后可發生接枝聚合、刻蝕、交聯等來改變材料表面的性能[6，7]。

近年來，等離子體表面改性技術在醫用高分子領域如提高抗凝血性能，改善細胞親和性，增強抗菌性等方面起著重要的作用[8，10]。

9可控/\"活性\"自由基聚合

近年來，可控/\"活性\"自由基聚合因提供了一個在固體基材表面接枝聚合物的有效途徑而受到關注，如氮氧穩定自由基（RNOo）法、引發轉移終止劑（iniferter）法、原子轉換自由基聚合（ATRP）法[11]和可逆加成-斷裂轉移（RAFT）法。通過在高分子材料表面進行分子設計，利用形成的可控聚合物\"刷\"在材料表面進行可控修飾。Cui[12]等人通過ATRP技術成功地將甲基丙烯酸鈉鹽（MAAs）固定到聚乳酸（PLA）材料表面，接著通過在P（MMA）刷接枝明膠（Gelatin）來提高材料表面的粘附性能。

總之，本文結合具體高分子材料，綜述了表面改性的各種方法，討論了改性的機理并比較了它們的優缺點。在這些改性方法中，有的在短時間內就有很好效果，有的設備儀器相對簡單，有的操作簡單，后處理麻煩，環境污染大。在實際應用中可以幾種方法相結合，靈活選擇不同的處理方法，以達到改善材料生物相容性的目的。

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