论文摘要
具有生物相容性且性能优良的抗凝血生物功能材料的分子设计、合成、表征及其机理研究是当今材料、生物、医学、药学及其相关交叉学科的研究前沿。为解决高分子材料的生物相容性问题,对材料进行表面改性是研发新型生物医用材料的重要手段。本论文在前期课题组所建立改良的Brodie法基础上制备了功能化氧化石墨烯,利用反向原子转移自由基聚合（RATRP）对氧化石墨烯进行表面设计与表面改性,用过氧化氧化石墨（GO-OOR）引发磷铵两性离子MPC聚合,并利用聚合热使GO发生部分或完全剥离,得到氧化石墨烯（GeneO）接枝的MPC聚合物（GO-g-pMPC）,然后将肝素（Hep）插入到GO-g-pMPC层间,与不同链长的活性pMPC反应,利用活性接枝聚合物链臂pMPC的长短调节肝素的抗凝活性,可控合成新型的“刷状”肝素化/改性氧化石墨烯纳米中间体（GO-g-pMPC-Hep）。通过红外（FTIR）、X-射线衍射分析（XRD）、热重分析（TG）、拉曼光谱（Raman）、X射线光电子能谱（XPS）、静态接触角（SCA）对其结构和物理化学性能进行表征：通过体外释放实验考察了GO-g-pMPC-Hep纳米中间体中肝素的释放规律,并对其控缓释机理进行探讨；利用抑菌实验、溶血实验、复钙实验以及细胞毒性实验探讨了改性氧化石墨烯纳米中间体的抑菌性能以及生物相容性,结果表明改性氧化石墨烯纳米中间体GO-g-pMPC-Hep对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有一定的抑菌作用,并且对金黄色葡萄球菌的抑菌性优于大肠杆菌、溶血率小于5%,具有良好的血液相容性并且短期接触无细胞毒性。在上述研究的基础上通过溶液插层法将聚氨酯插层到GO-g-pMPC-Hep中,制备出“刷状”改性氧化石墨烯/聚氨酯纳米复合材料（PU/GO-g-pMPC-Hep）。利用FTIR、XRD、TG、DSC、SCA、透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、介电能谱（Dielectric Spectroscopy）以及力学性能（Mechanical Properties）对纳米复合材料进行了物理及化学性能测试,以探索“刷状”改性氧化石墨烯在聚合物基体中的分散机制及作用机理,从而获得最佳制备工艺条件。分析结果表明,GO-g-pMPC-Hep能在聚氨酯中以剥离态均匀分散,随着氧化石墨烯和MPC、Hep的协同作用,PU/GO-g-pMPC-Hep的耐热性能有所提高。对PU干膜和PU膜-水体系的介电测试表明,“刷状”大分子链的长短、分子链可动性以及极性基团密度,决定了PU/GO-g-pMPC-Hep的弛豫时间。水体系中PU/GO-g-pMCP-Hep纳米复合材料界面对外界电磁刺激的电荷感应大幅度下降,因此材料表面表现出与生物环境之间具有良好生物相容性的特性,其中GO-g-pMPC-36h-Hep相对弛豫时间最短,对外界电磁刺激的电荷感应最弱,从而从微观结构解释了PU/GO-g-pMCP-36h-Hep亲水性提高、血液相容性提高的原因。最后通过专一化生物化学实验与现代仪器分析方法等手段优化组合（溶血、复钙、血小板粘附、蛋白吸附、动态凝血、MTT、细菌粘附以及细胞粘附等实验）进一步探讨“刷状”改性氧化石墨烯/聚氨酯纳米复合材料的生物相容性、组织相容性及抗菌性能,研究新型生物材料PU/GO-g-pMPC-Hep的抗凝血/抗菌机理,以指导与血液接触的各种诊疗器械等关键生物医用材料的研制。结果表面改性PU在引发血栓形成的第一环节蛋白吸附时,有效减少了蛋白的吸附量,提高了材料的抗凝血性能,改性PU较空白具有较好的血液相容性和更低的细胞毒性以及细胞相容性,符合生物医用材料的医用标准。利用RATRP法制备的功能化氧化石墨烯复合物对聚氨酯进行溶液插层,可避免聚合物表面直接接枝时材料力学性能的下降以及材料在血液、体液的冲刷下或由于磨损等原因聚合物链从表面丢失的情况发生。磷铵类两性离子和肝素的协同作用,加上氧化石墨烯特殊的生物学效应,可制备出新型的生物医用高分子材料。
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标签：生物相容性论文; 组织相容性论文; 甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱论文; 肝素论文; 聚氨酯论文; 反向原子转移自由基聚合论文;