一种亲水润滑抗凝水凝胶薄膜及其制备方法和应用

1.本发明涉及生物医用材料制备技术领域，具体涉及一种亲水润滑抗凝水凝胶薄膜及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着现代医学的不断发展，医用导管广泛应用于刨宫产、泌外科、肿瘤切割等手术的护理，临床对医用导管种类、数量及性能的要求也不断提高。目前常用的医用导管(包括导尿管、导丝、球囊导管、引流管、中心静脉导管、造影导管)材料多为疏水性材料，如聚氯乙烯、聚氨酯、尼龙、聚醚醚酮、硅橡胶等高分子材料，在临床诊断和治疗过程带来便捷的同时，也存在着一些问题，由于是疏水性材料，使用时会产生较大的摩擦阻力，容易造成尿道、食道、气管、血管、腔道组织损伤，会造成诸多不良的并发症的产生，同时也给病人带来诸多病痛和不适，临床为了使其润滑，通常是将润滑油(如石蜡油、硅油等)涂覆在导管表面，但该处理方法并不能有效的提高导管的润滑性，而且润滑效果不可持续、不利于操作；在临床应用中，医用导管采用高亲水的高分子材料，在与体液或组织液接触的过程中，高亲水的高分子材料的润滑性比高疏水材料表面更优良，同时还能大大降低材料表面对细胞及蛋白质等的吸附，因此，对医用高分子材料进行表面亲水改性，就成为润滑改性的主要方式。
3.目前已经报道了在导管材料表面固定细胞外基质成分——透明质酸(ha)进行表面改性，构建具有亲水润滑、抗凝、抗炎等良好生物相容性的导管材料，另外还有多酚类化合物是一类天然多酚羟基类的重要功能分子，它具有自由基清楚、抗炎症、抗菌、抗血小板激活等多种生物学功能，但是仅仅固定有ha或多酚类化合物的导管材料仍面临着抗污、润滑、抗凝血性待进一步提高的问题，究其原因是由于导管材料植入人体后的不良反应往往是通过多个路径发生的，导管材料表面修饰ha等单一细胞外基质产物或固定多酚化合物等单一功能因子能抑制其中某些路径，但不良反应仍可以通过其他路径发生，导致不良反应的发生率仍然比较高。因此，需要制备生物相容性更高，不良反应发生率更低的亲水润滑抗凝材料。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种亲水润滑抗凝水凝胶薄膜及其制备方法，以解决现有导管材料亲水润滑性差的问题。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种亲水润滑抗凝水凝胶薄膜的制备方法，依次包括以下步骤：
6.(1)将导管材料采用环氧基进行修饰后，浸入聚乙烯亚胺溶液中，于20-40℃条件下，反应10-60min，清洗；
7.(2)将步骤(1)清洗后的导管材料浸入茶多酚溶液中，于20-40℃条件下，反应5-20min，清洗；
8.(3)将步骤(2)清洗后的导管材料浸入磺酸化透明质酸溶液中，于25-40℃条件下，
反应2-48min，清洗，制得亲水润滑抗凝水凝胶薄膜。
9.本发明的有益效果为：本发明先通过席夫碱反应，对富环氧基的导管材料的表面修饰聚乙烯亚胺(pei)，再在修饰有pei的导管材料表面修饰多酚类物质，最后修饰磺酸化的透明质酸(ha)。通过结合环氧基处理的表面高效共价修饰pei，同时引入多酚与磺酸化透明质酸，可以有效提高涂层的亲水性、润滑性、抗凝血功能以及长期服役要求。多种功能协同作用，极大满足医用导管的使用需求。
10.聚乙烯亚胺是一种强聚电解质，可以有效吸附透明质酸类多糖，并与多酚类化合物发生共价交联，提高薄膜的交联度和稳定性；透明质酸(ha)具有良好的生物相容性，磺酸化的透明质酸具有良好的亲水抗凝血功能，通过sulf-ha仿生天然抗凝分子肝素，以提升导管材料表面的抗凝抗污功能，但由于其存在不易固定在器械材料表面，降解速率快等缺陷，导致器械服役寿命受限制；多酚类化合物具有良好的抗炎、抗菌及抗氧化功能，且其结构可提供多种作用力，包括静电、氢键、疏水作用、共价键等，可有效提高活性物质的装载及缓释，提高功能性物质的缓释及活性；通过功能性分子茶多酚与仿生肝素功能分子协同作用，不仅弥补了单一固定ha材料的抗凝血性不足、体内不稳定引发炎症的缺陷，同时还通过茶多酚与ha两条途径，协同提升植介入导管材料的亲水抗污、润滑、抗凝血的能力，显著提高材料的生物相容性，在导管材料表面修饰多种功能分子，能通过多个路径协同抑制导管材料植入后不良事件的发生，解决固定单一生物分子修饰后所遗留的缺陷，从而得到的功能更加完善。
11.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
12.进一步，亲水润滑抗凝水凝胶薄膜的制备方法还包括以下步骤：重复步骤(1)-(3)，5-10个循环操作后，制得亲水润滑抗凝水凝胶薄膜。
13.进一步，步骤(1)中导管材料的材质为pvc、pla、pdo、pmma、不锈钢或钛。
14.进一步，步骤(1)中将导管材料进行修饰的具体方法为：将导管材料置于等离子体腔中，然后加入环氧基硅烷偶联剂，反应30-120s后，再清洗、干燥，制得环氧基修饰的导管材料。
15.采用上述进一步技术方案的有益效果为：等离子体环氧基修饰可以为导管表面提供均匀的环氧基团，有助于共价结合富含氨基化合物。
16.进一步，长度4-6cm，直径4-6mm的导管，加入环氧基硅烷偶联剂的体积为50-200μl。
17.进一步，采用乙醇和水依次进行清洗。
18.进一步，干燥时，采用氮气吹干。
19.进一步，步骤(1)中聚乙烯亚胺溶液的浓度为0.5-10g/l。
20.进一步，步骤(2)中茶多酚溶液为表儿茶素溶液、表儿茶素没食子酸酯溶液、表没食子酸儿茶素溶液或表没食子儿茶素没食子酸酯溶液。
21.进一步，步骤(2)中茶多酚溶液的浓度为0.1-10g/l。
22.进一步，步骤(3)中磺酸化透明质酸溶液的浓度为0.2-5g/l。
23.进一步，磺酸化透明质酸溶液通过以下方法制得：在透明质酸溶液中加入磺酸，得到混合溶液，活化5-60min，干燥，加入溶剂，制得磺酸化透明质酸溶液；其中，透明质酸溶液的浓度为0.2-1g/l，混合溶液中磺酸的浓度为0.2-2g/l。
24.进一步，步骤(1)-(3)中清洗的具体方法为：采用去离子水清洗。
25.本发明还提供上述亲水润滑抗凝水凝胶薄膜的制备方法制得的亲水润滑抗凝水凝胶薄膜。
26.本发明还提供上述亲水润滑抗凝水凝胶薄膜在作为或制备医用生物材料方面的应用。
27.本发明具有以下有益效果：
28.1、本发明方法制备的附有亲水润滑抗凝水凝胶薄膜的导管材料具有较好生物相容性，同时具有较好的的亲水、抗污、抗凝、抗炎的功能，从而能够降低导管材料进入人体后不良反应的发生率。
29.2、本发明制备的“pei 茶多酚 磺酸化ha”复合薄膜，相较于单一的薄膜，其具有更佳的亲水抗污、润滑、抗凝功能，该发明方法可用于妇科、肿瘤、內泌科等手术护理的导丝、导管、鞘管等表面的处理，具有重要的实用价值。
30.3、本发明制备的薄膜以固体材料为基体，利用层层自组装的方法，将经磺酸改性的透明质酸、茶多酚和聚乙烯亚胺pei在固体材料表面形成稳定的亲水润滑聚合物薄膜；茶多酚具有亲水抗炎的作用，磺酸化的透明质酸具有良好的亲水抗污润滑功能，通过聚阳离子与聚阴离子的静电作用将茶多酚作为功能性物质包裹在薄膜内部，提高薄膜材料的生理功能。
31.4、本发明方法利用静电层层自组装技术，其制备方法简单、温和且适用性强，同时，可以通过调节浸涂条件，控制薄膜的结构和性质，静电作用的物理缠绕，形成具有稳定结构的聚合物多层膜，可以完整保持功能性分子的结构与生理功能。
附图说明
32.图1为实施例1、对比例1-3制得的水凝胶薄膜的扫描电镜图；
33.图2为实施例2、对比例1-3制得的水凝胶薄膜的亲水性测试图；
34.图3为实施例3、对比例1-3制得的水凝胶薄膜的抗凝血功能测试图；
35.图4为实施例3、对比例1-3制得的水凝胶薄膜的组织相容性测试图。
具体实施方式
36.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
37.实施例1：
38.一种亲水润滑抗凝水凝胶薄膜，其制备方法依次包括以下步骤：
39.(1)将pvc导管材料置于等离子体腔中，加入100μl环氧基硅烷偶联剂，反应70s后，然后用乙醇和水依次进行清洗，用氮气吹干，制得环氧基修饰的导管材料；然后浸入2g/l的聚乙烯亚胺溶液中，于30℃条件下，反应30min，再用去离子水清洗导管材料；
40.(2)将步骤(1)得到的导管材料浸入浓度为2g/l的表没食子儿茶素没食子酸酯(egcg)溶液中，于30℃条件下，席夫碱反应15min，然后用去离子水清洗导管材料；
41.(3)在浓度为0.6g/l透明质酸溶液中加入磺酸，得到混合溶液，活化30min，制得磺
酸化透明质酸溶液，混合溶液中磺酸的浓度为1g/l，干燥后，再重新加入溶剂，得到浓度为2g/l的磺酸化透明质酸溶液；
42.将步骤(2)得到的导管材料浸入浓度为2g/l的磺酸化透明质酸溶液中，于30℃条件下，反应30min，然后用去离子水清洗导管材料，制得亲水润滑抗凝水凝胶薄膜。
43.实施例2：
44.一种亲水润滑抗凝水凝胶薄膜，其制备方法依次包括以下步骤：
45.(1)将pvc导管材料置于等离子体腔中，加入50μl环氧基硅烷偶联剂，反应30s后，然后用乙醇和水依次进行清洗，用氮气吹干，制得环氧基修饰的导管材料；然后浸入0.5g/l的聚乙烯亚胺溶液中，于20℃条件下，反应60min，再用去离子水清洗导管材料；
46.(2)将步骤(1)得到的导管材料浸入浓度为0.1g/l的表儿茶素溶液、溶液中，于20℃条件下，席夫碱反应20min，然后用去离子水清洗导管材料；
47.(3)在浓度为0.2g/l透明质酸溶液中加入磺酸，得到混合溶液，活化30min，制得磺酸化透明质酸溶液，混合溶液中磺酸的浓度为0.2g/l，干燥后，再重新加入溶剂，得到浓度为0.2g/l的磺酸化透明质酸溶液；
48.将步骤(2)得到的导管材料浸入浓度为0.2g/l的磺酸化透明质酸溶液中，于25℃条件下，反应48min，然后用去离子水清洗导管材料；
49.(4)重复步骤(1)-(3)，10个循环操作后，制得亲水润滑抗凝水凝胶薄膜。
50.实施例3：
51.一种亲水润滑抗凝水凝胶薄膜，其制备方法依次包括以下步骤：
52.(1)将pvc导管材料置于等离子体腔中，加入200μl环氧基硅烷偶联剂，反应120s后，然后用乙醇和水依次进行清洗，用氮气吹干，制得环氧基修饰的导管材料；然后浸入10g/l的聚乙烯亚胺溶液中，于40℃条件下，反应10min，再用去离子水清洗导管材料；
53.(2)将步骤(1)得到的导管材料浸入浓度为10g/l的表儿茶素没食子酸酯溶液溶液中，于40℃条件下，席夫碱反应5min，然后用去离子水清洗导管材料；
54.(3)在浓度为1g/l透明质酸溶液中加入磺酸，得到混合溶液，活化30min，制得磺酸化透明质酸溶液，混合溶液中磺酸的浓度为2g/l，干燥后，再重新加入溶剂，得到浓度为5g/l的磺酸化透明质酸溶液；
55.将步骤(2)得到的导管材料浸入浓度为5g/l的磺酸化透明质酸溶液中，于40℃条件下，反应2min，然后用去离子水清洗导管材料；
56.(4)重复步骤(1)-(3)，5个循环操作后，制得亲水润滑抗凝水凝胶薄膜。
57.对比例1：
58.一种薄膜，其制备方法依次包括以下步骤：
59.(1)将pvc导管材料置于等离子体腔中，加入100μl环氧基硅烷偶联剂，反应70s后，然后用乙醇和水依次进行清洗，用氮气吹干，制得环氧基修饰的导管材料；然后浸入2g/l的聚乙烯亚胺溶液中，于30℃条件下，反应30min，再用去离子水清洗导管材料；
60.(2)将步骤(1)得到的导管材料浸入浓度为2g/l的表儿茶素没食子酸酯(ecg)溶液中，于30℃条件下，席夫碱反应15min，然后用去离子水清洗导管材料；
61.(3)重复步骤(1)-(2)，5个循环操作后，制得薄膜。
62.对比例2：
63.一种薄膜，其制备方法依次包括以下步骤：
64.(1)将pvc导管材料置于等离子体腔中，加入100μl环氧基硅烷偶联剂，反应70s后，然后用乙醇和水依次进行清洗，用氮气吹干，制得环氧基修饰的导管材料；然后浸入2g/l的聚乙烯亚胺溶液中，于30℃条件下，反应30min，再用去离子水清洗导管材料；
65.(2)在透明质酸溶液中加入磺酸，活化30min，制得磺酸化透明质酸溶液，将步骤(1)得到的导管材料浸入浓度为2g/l的磺酸化透明质酸溶液中，于30℃条件下，反应30min，然后用去离子水清洗导管材料；
66.(3)重复步骤(1)-(2)，5个循环操作后，制得薄膜。
67.对比例3：
68.一种薄膜，其制备方法依次包括以下步骤：
69.(1)将pvc导管材料置于等离子体腔中，加入100μl环氧基硅烷偶联剂，反应70s后，然后用乙醇和水依次进行清洗，用氮气吹干，制得环氧基修饰的导管材料；
70.(2)在透明质酸溶液中加入磺酸，活化30min，制得磺酸化透明质酸溶液，将步骤(1)得到的导管材料浸入浓度为2g/l的磺酸化透明质酸溶液中，于30℃条件下，反应30min，然后用去离子水清洗导管材料；
71.(3)重复步骤(1)-(2)，5个循环操作后，制得薄膜。
72.试验例
73.一、样品表面形貌
74.将实施例1、对比例1-3制得的薄膜利用扫描电子显微镜进行检测，结果见图1(其中，a为对比例1，b为对比例2，c为对比例3，d为实施例1)。由图1可知，本发明制得的薄膜更致密均匀。
75.二、样品亲水性
76.将实施例2、对比例1-3制得的薄膜进行亲水性检测，结果见图2(其中，a为对比例1，b为对比例2，c为对比例3，d为实施例2)。由图2可知，本发明制得的薄膜具有更好的亲水性。
77.三、样品抗凝血功能
78.将实施例3、对比例1-3制得的薄膜进行抗凝血功能检测，具体测试方法为：将500μl血小板滴加到不同样品表面，37℃条件下孵育45min，使用pbs清洗3遍，2.5％戊二醛固定，梯度酒精脱水处理，通过扫描电镜观察微观形貌，结果见图3(其中，a为对比例1，b为对比例2，c为对比例3，d为实施例3)。由图3可知，本发明制得的薄膜具有更好的抗血小板粘附和激活的功能。
79.四、样品的组织相容性
80.将实施例3、对比例1-3制得的薄膜进行皮下组织相容性评价，评价的具体方法为：将样品植入sd大鼠皮下组织28天后，取出样品及周围增生组织，进行he切片染色，结果见图4(其中，a为对比例1，b为对比例2，c为对比例3，d为实施例3)。由图3可知，本发明具有更好的组织相容性和更轻的炎症反应。
81.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。