表面靜電自組裝構(gòu)建生物相容性和藥物控釋超薄膜的研究.pdf

1、本文圍繞著介入治療裝置材料表面凝血與抗凝血及藥物涂層的基本問題，采用超分子靜電自組裝技術(shù)在醫(yī)用316L不銹鋼上構(gòu)建了抗凝血生物分子多層膜表面；通過調(diào)節(jié)組裝多層膜的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了抗凝血和抗菌協(xié)同作用的表面；利用殼聚糖pH值響應(yīng)性引起的去質(zhì)子化效應(yīng)獲得了藥物控釋涂層；通過調(diào)節(jié)組裝分子獲得了具有指數(shù)增長的自組裝多層膜，并探索了其在藥物控釋中的應(yīng)用。 靜電自組裝和抗凝血生物分子表面固定研究從血液相容性表面設(shè)計(jì)思想出發(fā)，將層層自組裝超分子

2、技術(shù)應(yīng)用到介入醫(yī)用材料的表面設(shè)計(jì)與修飾中，成功地制備了含有白蛋白的生物惰性多層膜和含有肝素的抗凝血生物活性多層膜表面。 在316L不銹鋼表面預(yù)先吸附一層聚陽離子聚乙烯亞氨而引入正電荷，然后通過白蛋白和聚乙烯亞氨的層層組裝構(gòu)建多層膜。用125I放射標(biāo)記白蛋白的方法和電化學(xué)阻抗法跟蹤了層層組裝過程。放射標(biāo)記實(shí)驗(yàn)和電化學(xué)阻抗測試研究表明聚乙烯亞氨和白蛋白組裝呈線性關(guān)系增長。而原子力表征顯示通過控制組裝層數(shù)可以制備致密的白蛋白多層膜涂層

3、，穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)研究顯示多層膜在PBS內(nèi)穩(wěn)定存在，40天內(nèi)仍有超過90％的白蛋白存在。體外血小板粘附實(shí)驗(yàn)表明這種惰性蛋白的涂層大大提高了316L不銹鋼表面血液相容性。 研究采用聚乙烯亞氨和抗凝血活性肝素在316L不銹鋼表面交替組裝成功的固定了肝素多層膜。采用接觸角和電化學(xué)阻抗實(shí)驗(yàn)對其組裝過程進(jìn)行了跟蹤。X光電子能譜(XPS)和反射吸收紅外光譜測試也表明316L不銹鋼表面成功地固定了肝素分子。電化學(xué)阻抗和接觸角測試表明316L不銹鋼表

4、面的肝素多層膜具有良好的穩(wěn)定性。體外復(fù)鈣化時間和血小板粘附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明含有肝素的多層膜涂層大大提高了316L不銹鋼表面抗凝血性。靜電自組裝這種工藝簡單、不依賴基材形狀的溫和的表面固定技術(shù)為可工業(yè)實(shí)現(xiàn)的介入治療表面抗凝血設(shè)計(jì)手段提供了一種新途徑。 生物分子靜電自組裝與協(xié)同效應(yīng)研究研究采用抗凝血肝素和具有抗菌功能的殼聚糖交替組裝構(gòu)建具有協(xié)同抗菌和抗凝血性能的多層膜。石英微天平跟蹤了在不同酸性pH值下組裝的殼聚糖/肝素多層膜，并用接觸

5、角測量和紫外測試研究了環(huán)境pH值變化對多層膜表面性能的影響。結(jié)果表明殼聚糖/肝素具有很好的自組裝性，形成的多層膜存在層間穿插，因而在殼聚糖為最外層的表面存在一些殼聚糖上銨離子與肝素上的陰離子基團(tuán)形成的正負(fù)離子對，其穿插程度及離子對數(shù)量受組裝pH值的影響；當(dāng)在低pH值組裝的殼聚糖/肝素多層膜與高pH值的環(huán)境接觸時，由于殼聚糖分子上的銨離子發(fā)生去質(zhì)子化，肝素分子上與殼聚糖分子上銨離子結(jié)合的陰離子官能團(tuán)因此成為自由基團(tuán)。表面形成離子對中的肝素

6、上的陰離子基團(tuán)由于殼聚糖的去質(zhì)子化而被“釋放”出來，導(dǎo)致殼聚糖為最外層的多層膜表現(xiàn)出一定的肝素性能，呈現(xiàn)肝素和殼聚糖的協(xié)同性能。殼聚糖/肝素多層膜的這種表面性能受層間穿插程度和去質(zhì)子化程度控制。殼聚糖和肝素組裝pH值越低層間穿插程度越高，在生理環(huán)境下(pH值7.4)去質(zhì)子化程度也越高，導(dǎo)致殼聚糖表面表現(xiàn)出更強(qiáng)的肝素性能。染料吸附實(shí)驗(yàn)顯示去質(zhì)子化的殼聚糖/肝素多層膜中的自由陰離子基團(tuán)可大量吸附陽離子，具有pH值控制的裝載功能。體外抗凝血實(shí)

7、驗(yàn)和抗菌實(shí)驗(yàn)表明去質(zhì)子化的殼聚糖/肝素多層膜具有顯著的抗菌和抗凝血協(xié)同作用。由具有良好生物相容性的多糖構(gòu)建的穩(wěn)定的具有協(xié)同抗菌、抗凝血并具有裝載藥物能力的殼聚糖/肝素多層膜涂層為醫(yī)療裝置表面功能化設(shè)計(jì)提供了一種切實(shí)有效的方法。殼聚糖去質(zhì)子化效應(yīng)與藥物控釋涂層研究依據(jù)研究殼聚糖/肝素多層膜去質(zhì)子化效應(yīng)對藥物裝載量功能的發(fā)現(xiàn)。本研究進(jìn)一步采用一種簡單的強(qiáng)聚電解質(zhì)聚苯乙烯磺酸鈉代替肝素與殼聚糖組裝研究了殼聚糖去質(zhì)子化對模型藥物裝載及釋放的影響

8、。 接觸角和紫外光譜的研究表明，pH2條件下組裝的聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)/殼聚糖多層膜，在高pH值環(huán)境下由于殼聚糖的去質(zhì)子化可以游離出磺酸基團(tuán)，并能有效提高陽離子藥物裝載量。溶液中的鹽濃度變化可屏蔽多層膜內(nèi)的正負(fù)電荷、影響多層膜的溶脹行為，從而影響陽離子藥物的裝載量。 對帶藥多層膜在水中的釋放行為研究顯示，殼聚糖為最外層的多層膜由于殼聚糖去質(zhì)子化而提高了陽離子模型藥物的裝載量，但是在pH7.4的水溶液中，其釋放速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)

9、比PSS為最外層的多層膜釋放速度快。 對帶藥多層膜在PBS中的釋放行為顯示，由于鹽離子存在減弱了多層膜內(nèi)聚電解質(zhì)之間及聚電解質(zhì)和染料之間的靜電作用力并導(dǎo)致多層膜溶脹，加速了模型藥物的釋放。多層膜藥物裝載時的溶液中的離子強(qiáng)度和pH值也可通過改變多層膜內(nèi)染料的分布、多層膜與染料的相互作用及多層膜的溶脹影響其在PBS內(nèi)的釋放速度。利用含有弱聚電解質(zhì)的多層膜對環(huán)境pH值的響應(yīng)來控制模型藥物裝載及釋放行為豐富了多層膜控釋體系，為解決多層膜

10、藥物裝載提供了一種新的手段。 指數(shù)增長與藥物控釋涂層研究依據(jù)靜電自組裝中特殊的指數(shù)增長方式的啟示，本研究發(fā)現(xiàn)并建立了具有指數(shù)增長特性的聚乙烯亞氨/海藻酸鈉體系，并對指數(shù)增長多層膜的藥物裝載及釋放行為進(jìn)行了研究。研究采用石英微天平跟蹤了聚乙烯亞氨/海藻酸鈉組裝過程，通過模擬發(fā)現(xiàn)其符合指數(shù)增長。與具有線性增長方式的多層膜相比在有限層數(shù)內(nèi)聚乙烯亞氨/海藻酸鈉多層膜大幅提高了陰離子模型藥物CroceinOrangeG裝載的量。釋放行為研