丙烯酸改性聚酯接枝肝素钠的结构表征

张惠青，赵国樑

(北京服装学院材料科学与工程学院，北京 100029)

聚酯(PET)因其结构稳定，机械性能好，在体内不易降解等优点，多年来被广泛用于制造人造血管等医用纺织材料［1］。但因PET 分子结构较规整，结晶度较高，结构中无强极性基团，亲水性较差，目前其血液相容性尚不能满足应用要求［2］，限制了PET 纤维纺织品在与血液直接接触的植入性医用材料方面的应用。肝素作为一种天然的生物活性物质，具有很强的抗凝血性能［3］。为提高植入性PET 材料的血液相容性，可首先在PET 表面引入对肝素具有反应能力的间隔基团或空间臂［3－4］，如氨基和丙烯酸(AA)中的羧基，再在催化剂作用下使间隔基团与肝素中的羧基或磺胺基反应，实现PET 的表面肝素化［3］。

虽然PET 表面化学结合的肝素钠(Hep)可通过X 射线光电子能谱(XPS)［5－6］及Hep 改性前后材料表面性能的变化等方法［5］进行表征，但XPS 并不适用于所有基体材料，而测定改性后PET 接触角的方法无法对Hep 接枝量进行准确定量。

近年来，一些研究者采用甲苯胺蓝(TB)分光光度法对共混材料Hep 释放量［7］、琼脂4B 上Hep 的固定量［8］及丝素薄膜表面Hep 的接枝量［9］等进行表征，并对TB 聚集及其影响因素［10］、TB 由聚阴离子量子点引起的颜色变化［11］等问题进行了探究。然而，对于在引入Hep 时所引入的具有极性的间隔基团对阳离子染料TB 存在吸附的问题尚无很好的解决方法，影响了结构表征的精确度。因此，进一步完善TB 分光光度法，使之更准确、快捷地对PET 表面Hep 进行表征，对制备具有抗凝血功能的PET 纤维及其生物医用纺织材料具有重要意义。

1 实验

1.1 原料

AA:分析纯，汕头市西陇化工厂有限公司产;氯化钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、盐酸、正己烷:均为分析纯，北京化工厂产;过氧化二苯甲酰(化学纯)、Hep，TB:国药集团化学试剂有限公司产。

1.2 仪器

721W 可见分光光度计:上海光学仪器五厂制造;RPB10 笔式pH 计:上海罗素科技有限公司制造。

1.3 实验方法

PET-AA 及PET-AA-Hep 薄膜的制备:将PET薄膜和AA 加入水中，通入氮气，升至所需温度后，加入引发剂过氧化二苯甲酰，反应一定时间，制备PET-AA 薄膜;在含有Hep 的水溶液中加入含有N，N-二环己基碳二亚胺的四氢呋喃溶液和PET-AA，室温反应24 h，制备PET-AA-Hep 薄膜。

PET 及PET-AA 的吸附实验:将PET-AA 置于pH 值为7.4 的TB 溶液中一段时间，取出PETAA，利用分光光度计在674 nm 波长下测得TB 残液的吸光度，而后重复上述过程。

pH 值对PET-AA 吸附TB 的影响实验:称取相同质量的PET-AA 放入不同pH 值下体积浓度40 μg/mL TB 溶液中相同时间后，取出PET-AA测定TB 残液的吸光度，并计算单位质量PET-AA在不同pH 值下所引起的残液吸光度变化。

pH 值对离子键结合的影响实验:将20 μg/mL Hep 与不同pH 值下40 μg/mL TB 溶液进行等量混合并振荡一定时间后，测量混合溶液的pH 值和吸光度。

校正曲线的标定:在用HCl 调节为特定pH值且含有0.2% NaCl 的40 μg/mL TB 溶液中加入用pH 值为7.4 的Na2HPO4和NaH2PO4配置缓冲溶液(PBS)配置的不同浓度的Hep 溶液。而后加入正己烷，振荡1 min 后，取下层溶液进行校正曲线的绘制。

PBS 洗涤PET-AA-Hep 的实验:用固定浴比的PBS 缓冲溶液浸泡PET-AA-Hep 薄膜一段时间后，取出薄膜，按校正曲线测定过程测试，并重复以上过程。

PET-AA-Hep 表面含量的测定:PET-AA-Hep经过PBS 溶液(PET-AA-Hep∶PBS 质量比为1∶200，每6 h 换一次溶液)洗涤60 h 后晾干，置于pH 为1.0 的TB 溶液中振荡一定时间后测定吸光度经校正曲线换算得表面Hep 含量。

2 结果与讨论

2.1 PET-AA 对TB 的吸附曲线

由图1 可知:对于未经AA 改性的PET 薄膜进行上述实验时发现，PET 薄膜从TB 溶液中取出后，薄膜仍为无色，TB 残液吸光度无明显变化，说明PET 薄膜对TB 无明显吸附作用;而对于PET-AA 薄膜，随时间增加，TB 残液吸光度逐渐下降，下降速率逐渐减小。这是因为PET-AA 从TB溶液中取出后，TB 吸附在薄膜上，颜色由蓝色变为紫色，呈条纹状分布，随时间增加，颜色越来越深，PET-AA 薄膜上吸附的TB 逐渐增多，导致吸光度逐渐下降。TB 沉积在表面活性素上时，分布在活性素胶束状沟槽中［12］，这类似于本研究中TB 沉积在PET-AA 胶束状的沟槽，从而呈现紫色条纹状分布的现象。TB 在PET-AA 薄膜上由蓝色变为紫色是由于TB 在阴离子表面排列构型有所变化所致［8］。

图1 PET-AA 和PET 对TB 的吸附曲线Fig.1 Adsorption curves of TB on PET-AA and PET

2.2 pH 值对PET-AA 吸附TB 的影响

由图2 可知，相同TB 浓度与相同质量PETAA 下，随pH 值下降，残液吸光度减小。因随时间的增加，PET-AA 上吸附的TB 逐渐增加，导致残液吸光度逐渐下降，在TB 溶液中停留时间相同的PET-AA 薄膜，在其质量和密度均一致时，残液吸光度的变化只与pH 值有关，故残液吸光度变化可表明吸附作用的大小。残液吸光度与原TB 溶液吸光度相差越小，吸附作用越小，即PETAA 引起TB 溶液吸光度改变越小，吸附作用越小。

图2 pH 值对PET-AA 吸附TB 的影响Fig.2 Effect of pH value on TB adsorption on PET-AA

由图2 还可知，pH 值对PET-AA 吸附TB 的影响不成正比例，在pH 值下降过程中，起初影响较大，随着pH 值的降低，其对吸附的影响力逐渐减小。实验中发现，在pH 值为1.2 时，PET-AA对TB 几乎无吸附作用，且在pH 值小于2.5 时，吸附在PET-AA 表面的TB 由紫色变为蓝色，这可能是由于在pH 值逐渐减小时使TB 的构型发生了转变所致［13］。

2.3 pH 值对于TB-Hep 键合的影响

由图3 可见，随pH 值下降，含有Hep 的TB溶液的吸光度逐渐上升。实验中发现，不含Hep的TB 溶液的吸光度与pH 值无关;Hep 加入TB溶液后可导致TB 颜色改变从而使最大吸收波长向低波长方向移动60～70 nm，通过加入轻汽油移除TB-Hep 复合物的方法可提高分光光度法的准确性，但不移除TB-Hep 复合物对分光光度法的准确性影响也不大［8］，故本研究中采用不加正己烷的方法可表明pH 值对TB-Hep 键合的影响。本实验中HCl 体积分数高达6.25%时，含有Hep的TB 溶液pH 值为－0.3，其吸光度为0.690，与不含有Hep 的20 μg/mL TB 溶液的吸光度0.903有一定差距;若Hep-TB 离子键结合完全被破坏，则在pH 值为－0.3，含Hep 的TB 溶液吸光度应为0.903，故可认为pH 值的改变对Hep 与TB 离子键的结合有略微影响，不会导致离子键结合的完全破坏。

图3 pH 值对Hep 与TB 之间离子键结合的影响Fig.3 Effect of pH value on ionic bond between Hep and TB

pH 值下降不能完全破坏Hep 与TB 之间的离子键结合，只对其键合略有影响;pH 值小于等于1.2 时，PET-AA 对TB 几乎无吸附，故可采用pH 值小于等于1.2 的TB 溶液来标定薄膜表面Hep 的校准曲线。

2.4 校准曲线的确定

由图4 可知，随着Hep 浓度的增加，TB 残液吸光度起初迅速下降，而后下降平缓。这是因为Hep 浓度低时，TB-Hep 的键合迅速增加，残液吸光度迅速下降，当Hep 浓度达到一定浓度后，其TB-Hep 的键合缓慢，残液吸光度也下降缓慢。由图4b 可知，Hep 浓度为0～10 μg/mL 时的TB 残液吸光度的变化与Hep 浓度呈线性拟合，其拟合方程为:

拟合曲线线性相关性很高，相关系数(R2)为0.998 72。因此，pH 值为1.0，浓度为40 μg/mL 的TB 溶液可作为标定Hep 浓度的标准溶液，拟合曲线可作为校正曲线。

图4 pH 值为1.0 时Hep 的校正曲线及其拟合曲线Fig.4 Calibration and fitting curves of Hep at pH value of 1.0

2.5 PET 表面吸附Hep 的洗除

由图5 可看出，随着洗涤时间增加，残液的吸光度逐渐增加，在54 h 后其吸光度基本趋于平衡，与不含Hep 时TB 溶液的吸光度一致。

图5 PBS 洗涤PET-AA-Hep 的残液吸光度与时间的关系Fig.5 Plots of absorbance versus time for PET-AA-Hep residual liquid after washing with PBS solution

因人体血液环境pH 值为7.35～7.45，如其用于体内环境，经过pH 值为7.4 的PBS 缓冲溶液充分洗涤PET-AA-Hep 后，可完全洗除吸附在PET 表面的Hep，剩余的Hep 与PET-AA 的结合为化学结合。确定出PBS 洗涤条件为:PET-AAHep 与PBS 溶液的比例为1∶200，6 h 换一次PBS 溶液共洗涤60 h。

当PET-AA-Hep 从TB 溶液取出后，选择TB浓度为40 μg/mL，pH 值为1.0 对Hep 进行校准曲线标定，测得吸光度为0.818，经此校准曲线计算得Hep 接枝量为54.364 μg/g。

3 结论

a.降低TB 溶液pH 值可延缓PET-AA 对TB的吸附，pH 值小于等于1.2 时PET-AA 对TB 几乎无吸附，对TB-Hep 离子键合略有影响，并不影响Hep 校正曲线的标定。

b.用PBS 洗涤方法证明了PET-AA 结合的Hep 不是以吸附的形式，而是以化学键结合，确定洗涤条件为:浴比1∶200，6 h 换一次PBS 溶液共洗涤60 h。选择TB 浓度为40 μg/mL，pH 值为1.0 对Hep 进行校准曲线标定，并计算出PET-AA接枝Hep 的接枝量为54.364 μg/g。

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