[发明专利]具有抗蛋白吸附和抗细胞黏附的聚氨酯材料及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及生物医用材料表面功能化的领域，具体地说，是一种具有抗蛋白吸附和抗细胞黏附的聚氨酯材料及其制备方法。

【背景技术】

聚氨酯(Polyurethane)是在高分子结构主链上含有氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)的聚合物总称，到目前已有60多年的发展历史。其具备良好的、抗凝血性，无过敏反应，并且分子设计自由度大，无毒、无致畸变作用，耐溶剂性，耐水解性、抗菌性，并且耐磨损，性能可控，所以被认为是最具价值的生物医学合成材料之一，并且被广泛用于人工心脏及心脏辅助装置，人工血管，人工皮肤，矫形绷带，医用粘合剂，导液管，计生用品，药物载体等领域。然而，由于聚氨酯极强的疏水性和生物黏附性，与血液相接触时会不可逆地吸附非特异性蛋白，从而引发凝血等不良反应，限制了其应用。因此，对聚氨酯进行表面改性，接枝亲水性化合物，以提高其亲水性和生物相容性，拓宽其应用受到了研究者们广泛的关注。

在材料的生物相容性研究中，蛋白质在材料表面的吸附是非常重要但仍然没有完全阐明的问题。当生物材料与生理环境接触时，首先发生的是蛋白质在材料表面的非特异性吸附，从而在表面形成一层20-100nm的蛋白质吸附层，不同蛋白质之间会在材料表面发生竞争吸附。而不同种类的材料所诱导产生的蛋白质吸附层不尽相同，蛋白质吸附层是血液与生物材料间进一步反应的主要场所，材料表面所吸附的蛋白质的种类和数量又影响着后续一系列的生理反应及材料与生物机体间的各种生化反应，进而影响了材料的生物相容性。材料与细胞的相互作用是评价材料生物相容性的又一内容。与蛋白质吸附不同，细胞一般不会直接和材料表面相接触，在细胞与材料表面之间通常存在吸附的蛋白质层，细胞先与吸附在材料表面的蛋白质层相互作用而附着、黏附，进而铺展到材料表面。从以上叙述过程可知，材料表面的特性决定了材料对蛋白的吸附行为和细胞的黏附行为，材料表面对蛋白的吸附行为很大程度上决定了材料的生物相容性。因此，改善材料表面的生物相容性，可以通过以下途径：使材料表面具有限制与排斥非特异性蛋白吸附和细胞黏附的能力。

近年来，研究人员在聚氨酯材料表面抗蛋白吸附领域进行了大量的工作。例如，Sask等设计以聚乙二醇为间隔基团在其末端共价固定抗凝血酶-肝素络合物，实验证明改性后的表面具有更好的抗蛋白质吸附以及抗血小板粘附的功能；Wu等利用异丁烯酰基异硫氰酸酯在聚氨酯材料表面引入双键，从而接枝聚合亲水性单体如甲基丙烯酸羟乙酯和N-异丙基丙烯酰胺，蛋白吸附实验表明该材料表面具有很好的排斥纤维蛋白原吸附能力和亲水性；Dan等将赖氨酸固定在聚氨酯表面，选取聚甲基丙烯酸羟乙酯为间隔基团，结果表明，由于其阻抗蛋白非特异性吸附的特性以及赖氨酸的溶解血栓的活性，使改性后的表面可以高效排斥血浆蛋白的非特异性吸附。

聚(N-乙烯基吡咯烷酮)(PVP)以其优异的亲水性、化学稳定性、生理低毒性、生物相容性，曾被用于血液替代品。因此，结合PVP优异生物相容性和阻止非特异性蛋白吸附的特点，将PVP接枝在材料表面对于提高材料的生物相容性具有较为广阔的应用前景。而生物材料在植入人体的长期应用中，需要保持其生物稳定性以及生物功能性，所以选择合适的修饰方法至关重要。

原子转移自由基聚合(Atom Transfer Radical Polymerization，ATRP)是1995年提出的一种活性自由基聚合方法。相比于其他的改性方法，ATRP是一种有效的改善基底材料表面性质的方法，并受到众多关注，因为与其它活性聚合相比，ATRP具有最宽的单体选择范围，其反应条件温和，聚合工艺简单，该技术已成为生物医用材料表面功能设计的有效手段。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有抗蛋白吸附和抗细胞黏附的聚氨酯材料及其制备方法；该方法制备的聚氨酯材料的表面具有良好的亲水性，以及良好的抗蛋白质吸附功能和抗细胞黏附的功能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：