[发明专利]一种具有仿生周期结构的血液相容性材料表面的构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有仿生周期结构的血液相容性材料表面的构建方法，属于仿生微纳结构设计制造技术领域。

背景技术

血液与材料接触后会导致溶血、血栓形成等不良后果。多年来，研究人员一直通过各种途径开发新型生物材料和对已有的生物材料进行表面修饰改性。对于前者，目前尚未发现这类理想的血液相容性材料。对于后者，往往采用在没有血液相容性或者相容性较差的材料的表面涂敷抗血栓形成药物（抗凝剂）来改性，以期减少凝血的发生，但是，这种方法使用的抗凝剂如肝素进入血液循环后，将会干扰凝血系统的自身稳定，给患者带来许多副作用，长时间的使用也会出现抗凝剂的脱离，最终起不到降低血小板粘附的作用；或是采用将内皮或者间皮细胞移植到材料的表面来改善材料的血液相容性，但是特异性细胞会引起免疫反应导致患者对植入物产生排斥反应。

因此，血液相容性问题仍然存在，成为限制生物材料在血液接触环境中应用的关键问题之一。评价医用人工材料的血液相容性一个重要指标就是这种材料对凝血系统的影响，也就是说是否引起凝血或者血栓的形成。由于血小板粘附是血液在材料表面凝固过程最重要的一步，而血栓的形成是由血液中血小板的激化、粘附、变形以及聚集等一系列过程导致的，因此对材料表面进行血小板粘附实验，观察材料表面血小板粘附的数量，尤其是粘附血小板的形态是表征材料血液相容性的有效方法。

受荷叶、芋头、水稻等植物叶表面效应的启发，超疏水材料（与水的接触角>150o）引起了广泛的研究兴趣。理论上，超疏水材料表面应具有良好的血液相容性。

材料表面疏水性由其化学组成和微观几何结构共同决定，在光滑表面上采用化学方式来调节表面自由能，通常仅能使接触角增加到120o，而不能再高，要到达更高接触角，就必须设计材料的表面微细结构。具有微细粗糙结构的表面将能有效地提高疏水表面的疏水性能。

因此，材料表面形貌是影响材料血液相容性的一个重要因素。材料表面应该避免使血液产生停滞或涡流，粗糙度越高的材料暴露在血液上的面积越大，凝血的可能性也就越大；但相反的是，表面光洁的玻璃，凝血现象也很严重。而一定范围内的粗糙度或微相分离结构使材料表面优先吸附白蛋白、抑制血小板血栓、降低凝血因子接触活性，可有效促进内皮细胞在材料表面的粘附生长，使血液相容性大大改进。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术中存在的缺陷，本发明模拟与血液接触的人体器官内膜结构，仿生设计构建具有周期结构的血液相容性材料，使得材料的表面接近真实人体器官内膜，使其抗凝血性能基本达到人体器官抗凝血性能的要求，提高了医用人工材料的生物相容性，为构建具有更好血液相容性的医用材料提供了一种新方法。

    本发明方法步骤如下：

1）周期表面结构设计：建立周期阵列结构的微方柱表面模型，即确定方柱顶面边长为a×a，方柱间距为b，方柱高度为h，根据所设计的几何模型，基于经典润湿理论推导出该周期微结构表面的表观接触角的理论预测公式，再根据此公式确定微细结构几何尺寸，根据预测公式确定设计的微结构表面是否可能具有超疏水性，预先为实验构建仿生材料设计出超疏水表面；

2）硬（刚性）模板的制作：按照步骤1）预先设计的周期微结构，采用光刻蚀技术在模板上刻出微结构图案呈周期排列的方柱阵列作为硬模板，在浇注前对硬模板表面进行前期硅烷化处理；

3）弹性模板的制备：在液态的聚二甲基硅氧烷中加入交联剂，均匀混合后得到的预聚物浇铸在步骤2）获得的硬模板上，在真空度为0.01~0.18 Mpa，使其交联固化，再将固化的膜轻轻从模板中剥离出来，为发挥其表面的微细结构的防粘减摩作用，应进一步进行硅烷化疏水处理；处理工艺如下：将甲苯和三甲基氯硅烷按体积比6:1~5:3配置溶液，将固化后膜浸泡其中，取出后在甲苯中清洗，用氮气吹干，作为弹性模板； 

4）以步骤3）制作的弹性模板为模板，在液态的有机高分子聚合物中加入交联剂，均匀混合后得到的预聚物浇铸在弹性模板为模板上，固化后，从弹性模板上剥离下来，有机高分子聚合物表面上就形成了与弹性模板互补但与源模板相似的微图案，即构建出与硬模板具有相同微细结构仿生表面。 

本发明方法所述步骤1)的表观接触角的理论预测公式，

本发明步骤2)的硬模板的阵列微柱的特征尺寸边长a为2~100 mm，微柱间距b为4~200 mm，微柱高度h为2~50 mm。