现如今,可以进行分子材料的抗凝血性设计的材料主要有:具有微相分离结构的材料、高分子材料的表面接枝改性以及高分子材料的肝素化。应用面比较广泛的可进行表面改性的抗凝血材料有肝素、聚乙二醇(PEG)、磷酰胆碱以及两性离子聚合物。1微相分离角度81508
生物体血管内壁及其光滑,微观上为一个多相分离结构。这种宏观光滑、微观多相分离的结构使血管壁具有优异的抗凝血性能[17]。日本科学家Okano[19]提出具有一定粗糙度的微相分离结构的高分子材料可能具有比较好的血液相容性。当微相分离的材料接触血液时,血浆蛋白会根据其自身亲水性的不同,会选择性地吸附材料表面的不同微区,因此材料不易被血小板辨别为排出物,从而可有效阻止血小板的黏附与凝聚。
聚氨酯(PU)材料具有优良的微相分离结构,并且对纤维蛋白原有很低的吸附性。为了进一步提高PU的生物相容性和化学稳定性,通常把聚二甲基硅氧烷(PDMS)与PU共聚。Majumdar[21]等合成了PDMS-PU涂层,并且在PDMS含量为10%(wt%)的涂层表面发现有明显的微相分离结构,表现出良好的血液相容性。
2材料的生物活性化表面设计角度
如果将肝素、前列腺素等这类具有生理活性的物质以及具有溶解性血栓的纤溶活化酶固定在材料表面,可以形成一个生物活性表面,这样可降低材料表面和血液接触时产生的相互作用,便可以进一步提高材料的抗凝血性能。论文网
1。表面固定赖氨酸陈红等人[22]首先在聚氨酯材料表面固定一层亲水层,这个亲水层是聚乙二醇(PEG)
或聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA),再把赖氨酸接枝在这个亲水层上。亲水层上的聚乙二醇(PEG)或聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)可以有效地抵制非特异蛋白的吸附;而赖氨酸对血浆中的血纤维蛋白溶酶原具有特殊的亲和力,可有效地溶解一开始在材料表面形成的血栓。
2。表面固定尿激酶因为肝素和尿激酶分别具有抗凝血性(阻碍血栓形成)和纤溶(溶解已形成的血栓)
的作用,所以,将这两种物质集中在同一高分子材料上的研究已经开始进行实验性的尝试。其它一些生物活性材料,像壳聚糖、胶原蛋白等物质,一样可以应用于聚氨酯表面功能化改性。将水溶性的壳聚糖嫁接在聚氨酯表面以后,使得吸附在聚氨酯表面的血浆蛋白大幅减少,较大程度的优化了聚氨酯材料的血液相容性。与此类似的是,与水结合的胶原也具有血液相容性。
3。表面肝素化和类肝素化作为一种天然凝血抑制剂,肝素的抗凝血性较强。可以利用肝素阴离子较强的特点,
使其与含有阳离子表面的高分子材料结合,制备一种肝素化的生物材料。这样,当血液与这种生物材料接触时,便可起到抗凝血效果。You[23]等采用多巴胺作为粘合剂将肝素接枝到PU膜表面,改性后PU表面的肝素性质稳定、分布均匀,且具有较高的接枝密度,和之前没有改性的PU膜相比较大程度地降低了血小板的吸附和血栓的形成,呈现出良好的凝血性能。Kim[24,25]课题组经过长期对磺酸基团和PEG的协同作用的研究,提出生物相容性的“负电荷纤毛模型”。
3材料表面的亲疏水性角度
增强材料表面的亲水性,可有效降低其表面的自由能,而材料表面吸附血液及使血液发生凝固的能力与材料表面的亲水性及自由能有着密不可分的关系。因此,通过使抗凝血生物材料表面的亲水性升高,其表面自由能接近于血管内膜表面自由能的手段,可提高材料的抗凝血性能[1]。
Jiang及其同事[25,26]通过分子模拟研究发现,构象的变化使得PEG长链阻碍了血浆蛋白的吸附。抗血浆蛋白吸附的优良性能与材料的高表面密度和PEG的长侧链有密切的关系。PEG侧链可与水分子形成氢键,形成一个牢固的水屏蔽层,且当含侧链的PEG表面密度适当时,水分子与PEG长链形成的氢键越多,使得PEG链的弹性增大,阻抗蛋白质吸附的能量增强。