具有生物抗污功能的材料、其制备方法及应用

技术领域

本发明涉及生物材料技术领域，且特别涉及抗凝和一种具有生物抗污功能的材料、其制备方法及应用。

背景技术

肺动脉栓塞是临床死亡率较高的疾病，目前全身抗凝血治疗虽能够取得一定的疗效，但仍然不能完全避免肺动脉栓塞的发生，而且全身抗凝血治疗自身也会有并发症，也有一些病人不能接受全身抗凝血治疗。下腔静脉滤器作为肺动脉栓塞的预防手段，已经在全世界范围内广泛使用，随着临床广泛使用，相应的一些并发症也出现，使得滤器治疗失败，甚至导致病人死亡。

由于下腔静脉滤器在植入过程中，手术操作会对血管壁造成损伤，血管壁的损伤会导致内膜过度增生，使得滤器与血管粘连，进而血管狭窄堵塞。在全身抗凝治疗中，滤器与血管壁以及血液的接触仍然会一定程度的与拦截的血栓一起进一步激活形成新的血栓，堵塞血管或者再次造成肺动脉栓塞。以上并发症会增加永久性的滤器失败的风险，而对于可回收的下腔静脉滤器，内膜覆盖导致滤器与血管粘连到一起，使得滤器的回收窗口期变小且回收难度增大，同样也会增加手术失败的风险。

可见，现有的下腔静脉滤器存在血液相容性差，且不能够有效抑制细胞粘附增殖而形成内膜组织导致滤器回收困难甚至不可回收的问题，这些问题都一定程度上制约着下腔静脉滤器的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有生物抗污功能的材料，旨在使材料兼具抗凝剂防止细胞粘附的性能，有效抑制血栓形成及细胞粘附增殖所引起的并发症。

本发明的另一目的在于提供一种具有生物抗污功能的材料的制备方法，其方法简便易行，制备得到的功能材料具有很好的抗污性能。

本发明的第三目的在于提供上述功能材料在制备下腔静脉滤器、人工心脏内壁抗凝血表面、人工心肺机抗凝血表面等方面的应用。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出了一种具有生物抗污功能的材料，包括基材、在基材上形成的聚胺-酚涂层和在聚胺-酚涂层上形成的透明质酸层；其中，聚胺-酚涂层是由酚类分子和多胺类分子反应而得，且所述酚类分子为儿茶酚或植物多酚。

本发明还提出一种具有生物抗污功能的材料的制备方法，包括如下步骤：

将沉积有酚类分子涂层的基材与多胺类分子溶液反应以在所述基材上形成聚胺-酚涂层；在所述聚胺-酚涂层上接枝透明质酸。

本发明还提出上述功能材料在制备下腔静脉滤器中的应用。

本发明还提出上述功能材料在制备人工心脏内壁抗凝血表面的应用。

本发明还提出上述功能材料在制备人工心肺机抗凝血表面的应用。

本发明实施例提供一种具有生物抗污功能的材料的有益效果是：其通过在基材上形成由聚多巴胺涂层和多胺类分子反应形成的聚胺-酚涂层，然后在聚胺-酚涂层表面接枝透明质酸，形成透明质酸涂层，当涂层与水溶液接触后会在表面形成一层水化层，形成的超亲水涂层可以有效地抑制血液中成分、细胞等与涂层接触，从而改善材料的血液相容性，有效的降低细胞在材料上的粘附增殖。

本发明实施例还提供一种具有生物抗污功能的材料的制备方法，其利用沉积有酚类分子涂层的基材与多胺类分子溶液反应，在基材上形成聚胺-酚涂层，然后利用聚胺-酚涂层上的胺基共价接枝末端基团为羧基的透明质酸，形成透明质酸层。当涂层与水溶液接触后会在表面形成一层水化层，从而有效抑制血液中成分、细胞等与涂层材料接触，制备得到的材料具备很好的血液相容性，能够有效抑制细胞在材料上的粘附增殖，可以制备形成具有可回收功能的下腔静脉滤器，显著降低手术失败及并发症带来的风险。该功能材料还可以用于制备人工心脏内壁抗凝血表面及人工心肺机抗凝血表面。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的具有生物抗污功能的材料的制备方法的原理图；

图2为透明质酸接枝前后接触角；

图3为透明质酸接枝前后表面血小板扫描电镜图以及内皮细胞、平滑肌细胞和巨噬细胞荧光图片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。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。

下面对本发明实施例提供的具有生物抗污功能的材料、其制备方法及应用进行具体说明。

本发明实施例还提供了一种具有生物抗污功能的材料的制备方法，请参照图1，包括如下步骤：

S1、聚胺-酚涂层的形成

将沉积有聚多巴胺涂层的基材与多胺类分子溶液反应以在基材上形成聚胺-酚涂层，通过该反应之后形成的聚胺-酚涂层中含有大量的胺基，便于引入其他功能化涂层。

具体地，沉积有聚胺-酚涂层的基材的制备过程包括：将基材浸泡在儿茶酚单体和三羟甲基氨基甲烷缓冲液形成的混合溶液中，反应1-24h。聚胺-酚涂层的制备为现有工艺，在三羟甲基氨基甲烷(TRIS)缓冲液中(控制溶液的pH值为7-10，如7、8、8.5、9或10)，儿茶酚单体聚合在基材表面形成聚胺-酚涂层。

具体地，酚类分子选自邻苯二酚、焦棓酸、表儿茶素、表儿茶素没食子酸酯、表没食子儿茶素、表没食子儿茶素没食子酸酯、多巴胺、去甲肾上腺素、左旋多巴、右旋多巴、没食子酸及其衍生物、单宁酸、咖啡酸、阿魏酸、2,3-二羟基苯甲酸和3,4-二羟基苯甲酸中的至少一种；优选地，酚类分子为多巴胺和去甲肾上腺素。多胺类分子选自聚烯丙胺、聚乙烯胺、多聚赖氨酸和壳聚糖中的至少一种；优选地，多胺类分子为聚烯丙胺。

在一些实施例中，儿茶酚为多巴胺，且多巴胺的用量为0.5-2mg/mL，以在基材表面形成均匀的聚多巴胺涂层。

进一步地，沉积有聚多巴胺涂层的基材与多胺类分子溶液反应是将沉积有聚多巴胺涂层的基材浸泡在多胺类分子溶液中，反应0.1-24h，优选为4-8h；多胺类分子溶液是聚烯丙胺、强碱和溶剂形成的混合溶液，且多胺类分子溶液的pH值大于7，优选为11-14。在强碱条件下，聚多巴胺涂层发生破坏解离促进聚多巴胺涂层与多胺类分子上的伯胺基反应，使涂层没有崩解同时通过与聚烯丙胺发生化学再交联，形成了富含胺基的聚多巴胺转化涂层。

进一步地，聚烯丙胺在多胺类分子溶液中的浓度为0.1-50μg/mL，优选为2.5-20μg/mL；聚烯丙胺的分子量为1000-1000000；强碱为氢氧化钠，氢氧化钠在多胺类分子溶液中的浓度为0.1-10mg/mL，优选为2-3mg/mL。通过进一步控制反应参数，以促进聚多巴胺涂层与聚烯丙胺反应，更多地引入胺基，便于后续接枝引入透明质酸。

S2、透明质酸涂层的形成

将经过聚胺-酚涂层改性的基材与透明质酸反应，具体包括如下步骤：先将透明质酸的羧基进行活化反应，再将具有聚胺-酚涂层的基材浸泡于羧基经过活化反应的透明质酸的反应溶液中反应1-24h。通过活化反应使透明质酸上的羧基处于活化状态，促进透明质酸上的羧基和基材上的胺基反应。

进一步地，活化反应是将末端基团为羧基的透明质酸与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)反应，活化反应时间为5-60min；透明质酸的分子量为1-10000KDa。利用EDC使透明质酸上羧基处于活化状态，配合活化时间和透明质酸分子量的调控以进一步提升基材表面透明质酸接枝量。

在一些优选的实施例中，活化反应是在2-吗啉乙磺酸(MES)缓冲液中进行；在活化反应的混合溶液中，2-吗啉乙磺酸的浓度为8-12mg/mL，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的浓度为0.8-1.2mg/mL，N-N-羟基琥珀酰亚胺的浓度为0.2-0.3mg/mL，透明质酸的浓度为0.5-50mg/mL。通过进一步调控各原料的用量以更多的引入透明质酸，提升材料的抗污性能。

本发明实施例提供了一种具有生物抗污功能的材料，包括基材、在基材上形成的聚胺-酚涂层和在聚胺-酚涂层上形成的透明质酸层；其中，聚胺-酚涂层是由酚类分子和多胺类分子反应而得。利用聚胺-酚涂层上的胺基引入透明质酸涂层，当涂层与水溶液接触后会在表面形成一层水化层，可以有效地抑制血液中成分、细胞等与涂层接触，从而改善材料的血液相容性，有效的降低细胞在材料上的粘附增殖。

在一些实施例中，基材为下腔静脉滤器或用于制备下腔静脉滤器的基板等材料，显著降低手术失败的风险。

在其他实施例中，上述功能材料还可以用于制备人工心脏内壁抗凝血表面、人工心肺机抗凝血表面。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种具有生物抗污功能的材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将下腔静脉滤器浸泡在含有1mg/mL多巴胺的Tris(pH值8.5)缓冲溶液中，室温反应12小时，然后超纯水超声清洗后，放入含有10μg/mL聚烯丙胺(分子量约为10000Da)的2.5mg/mL的NaOH水溶液中，浸泡6小时，即在下腔静脉滤器表面获得一层耐磨损且表面富含胺基的涂层(标记为PAM@DA)。

(2)将MES、EDC、NHS、透明质酸(分子量为1000KDa)和水混合形成20mL溶液反应20min，其中，MES、EDC、NHS和透明质酸的浓度依次为10mg/mL、1mg/mL、0.24mg/mL和2mg/mL。将(1)中得到的表面涂覆有PAM@DA涂层的下腔静脉滤器在反应后的溶液中浸泡12小时后，即可获得一种具有抗污功能的下腔静脉滤器功能涂层。

实施例2

本实施例提供一种具有生物抗污功能的材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将下腔静脉滤器浸泡在0.8mg/mL多巴胺的Tris(pH值8.5)溶液中，室温反应12小时，清洗后，放入含有8μg/mL聚烯丙胺(分子量约为20000Da)的2.0mg/mL的NaOH水溶液中，浸泡4小时，在下腔静脉滤器表面获得一层耐磨损且表面富含胺基的多巴胺转化涂层(PAM@DA)。

(2)将MES、EDC、NHS、透明质酸(分子量为5KDa)和水混合形成20mL溶液反应10min，其中，MES、EDC、NHS和透明质酸的浓度依次为8mg/mL、0.8mg/mL、0.2mg/mL和1mg/mL。将(1)中得到的表面涂覆有PAM@DA涂层的下腔静脉滤器在反应后的溶液中浸泡10小时后，即可获得一种具有抗粘附功能的下腔静脉滤器功能涂层。

实施例3

本实施例提供一种具有生物抗污功能的材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将下腔静脉滤器浸泡在1.2mg/mL多巴胺的Tris(pH值9.0)溶液中，室温反应24小时后放入含有12μg/mL的PAa(分子量约为100KDa)的3.0mg/mL的NaOH水溶液中，浸泡8小时，在下腔静脉滤器表面获得一层耐磨损且表面富含胺基的多巴胺转化涂层(PAM@DA)。

(2)将MES、EDC、NHS、透明质酸(分子量为1000KDa)和水混合形成20mL溶液反应30min，其中，MES、EDC、NHS和透明质酸的浓度依次为12mg/mL、1.2mg/mL、0.3mg/mL和1.2mg/mL。将(1)中得到的表面涂覆有PAM@DA涂层的下腔静脉滤器在反应后的溶液中浸泡15小时后，即可获得一种具有抗粘附功能的下腔静脉滤器功能涂层。

实施例4

本实施例提供一种具有生物抗污功能的材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将人工血泵内腔装满含有1mg/mL多巴胺的Tris(pH值8.5)缓冲溶液中，室温循环反应12小时，清洗后，放入含有10μg/mL聚烯丙胺(分子量约为10000Da)的2.5mg/mL的NaOH水溶液中，浸泡6小时，即在下腔静脉滤器表面获得一层耐磨损且表面富含胺基的涂层(标记为PAM@DA)。

(2)将MES、EDC、NHS、透明质酸(分子量为1000KDa)和水混合形成20mL溶液反应20min，其中，MES、EDC、NHS和透明质酸的浓度依次为10mg/mL、1mg/mL、0.24mg/mL和2mg/mL。将(1)中得到的内壁表面涂覆有PAM@DA涂层的人工血泵内腔装满上述反应后的溶液中浸泡12小时后，即可获得一种具有抗污功能的下腔静脉滤器功能涂层。

试验例1

测试实施例1中制备得到的材料的亲水性能，当涂层与水溶液接触后测试HA接枝前后的接触角，如图2所示。

从图2可以看出，当涂层与水溶液接触后会在表面形成一层水化层，从接枝前的82.3°±3.1°下降至小于5°，证明表面表现为超亲水。

试验例2

测试实施例1中制备得到的材料的血液相容性，结果见图3。测试方法：将样品放入24孔板中，每个样品表面滴加50μL富血小板血浆(PRP)，待PRP在样品表面充分铺展后，于37℃下孵育2小时。随后，吸去样品表面的PRP并用生理盐水充分漂洗，漂洗后的样品置于2.5％的戊二醛中固定。样品固定12小时后，再次用生理盐水充分漂洗，尔后依次在50％(V

测试实施例1中制备得到的材料的细胞培养结果，结果见图3。测试方法：选取密度为5×10

从图3可以看出本发明实施例得到的材料有效地抑制血液中成分、细胞等与涂层接触，从而改善材料的血液相容性，有效的降低细胞在材料上的粘附增殖。

综上所述，本发明提供的一种具有生物抗污功能的材料，其通过在基材上形成由酚类分子和多胺类分子反应形成的聚胺-酚涂层，然后在聚胺-酚涂层上接枝透明质酸形成透明质酸层，当涂层与水溶液接触后会在表面形成一层水化层，可以有效地抑制血液中成分、细胞等与涂层接触，从而改善材料的血液相容性，有效的降低细胞在材料上的粘附增殖。

本发明实施例还提供一种具有生物抗污功能的材料的制备方法，其利用沉积有酚类分子涂层的基材与多胺类分子溶液反应，在基材上形成聚胺-酚涂层，然后利用聚胺-酚涂层上的胺基接枝透明质酸，形成具有超亲水的涂层，从而制备得到上述功能材料，可以制备形成下腔静脉滤器，利用其良好的血液相容性显著降低手术失败的风险。该功能材料还可以用于制备人工心脏内壁抗凝血表面及人工心肺机抗凝血表面。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。