聚乙烯亚胺－肝素涂层改性聚氯乙烯与表征

李 亮，魏端丽，曹南南，汪 洋

武汉工程大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430074

0 引 言

1953年人体心脏手术首次用到体外循环技术，后来心肺复苏、脏器移植治疗等方面都用到了该项技术［1］.然而，此项技术中存在着术后发生系统性炎性反应综合症、败血症等问题.这些现象主要是由体外循环管道的血液不相容性所引起的［2－3］.为了解决这个问题，大量的研究工作主要集中在改性材料，使其具有一定的抗凝血性和生物相容性.今年的研究结果表明：术后的全身炎性反应可以通过改善材料的血液相容性减轻，而防止血栓的形成可以通过提高材料的抗凝血性解决.肝素分子具有较好的抗凝血作用和血液相容性，是理想的生物型药品［4－5］.在材料改性方面有着重要的作用.肝素可以有效减少血栓的形成［6－7］，避开了直接向血液中注入肝素分子所带来的病变，手术的安全性得到了提高，具有实际意义.

通过聚乙烯亚胺－肝素涂层的方法对医用聚氯乙烯（PVC）管道进行了材料的改性处理.利用红外光谱检测技术判定了该方法的可行性，绘制了标准浓度肝素钠溶液的工作曲线和标准浓度聚乙烯亚胺－肝素（PEI－H）复合物的工作曲线，用双光束紫外可见分光光度计结合甲苯胺蓝的方法测定了新型材料的肝素分子脱落率，评价了此类涂层材料表面肝素分子的稳定性.

1 实验部分

1.1 聚乙烯亚胺－肝素结合

在无水乙醇（42.5mL）中加入一定量质量分数为15%的聚乙烯亚胺（数均分子量约为7万）水溶液，少量戊二 醛 和 1，1，2－三氟 三氯乙烷1.25mL；将医用聚氯乙烯管道均剪成15cm长，一端封闭，另一端注入上述聚乙烯亚胺乙醇溶液，37℃水浴30min后倒出余液，常温下干燥；待管道内壁彻底干燥后，向管道中注入1%（pH＝1）肝素水溶液，37℃水浴30min后倒出余液，真空常温下干燥后备用；依此步骤重复3次，得到改良PVC材料，干燥备用.

1.2 涂层管道内表面复合物相关测试

1.2.1 红外光谱测试 将结合涂层的PVC管道完全浸泡在无水乙醇中，使得含有涂层的PVC管道涂层完全洗脱，并且全部溶解，再取一定量纯的肝素钠溶解，分别取两种溶液利用红外光谱仪进行红外扫描光谱分析.

1.2.2 肝素标准曲线的制定 配制一系列浓度的标准肝素钠溶液，磷酸盐缓冲液（pH＝7.4）为溶剂；分别向不同浓度的肝素钠溶液中加入0.2%NaCl的质量浓度为0.005%的甲苯胺蓝（TB）溶液，充分振摇10min使其反应形成配合物.最后分别加入正己烷，超声5min，使配合物分离到有机层，分离在水相中的为未络合的甲苯胺蓝，分离，取下层水相于630nm处测其吸光度；重复3次取平均值.

1.2.3 肝素结合表面肝素含量的测定 肝素结合表面肝素含量的测定分为两个部分：第一，在221nm处测定管道表面涂层的PEI－H复合物的吸光度，涂层表面PEI－H复合物的含量，通过比较标准浓度PEI－H复合物工作曲线计算得到.第二，取一定量的聚乙烯亚胺与过量肝素反应，游离肝素含量利用甲苯胺蓝法测得，PEI－H复合物中的肝素含量为反应前溶液中游离肝素的量与反应后溶液中游离肝素的量的差值.通过上述两步法计算即可得到表面肝素的含量.

1.3 肝素释放速率的测量

常温下，制备PEI－H复合物的浸提液.用双光束紫外可见光分光光度计结合甲苯胺蓝法测定其在不同浸泡时间取样的吸光度，通过计算得到游离肝素的量，其与表面肝素含量的比值，即为肝素分子的释放速率.

2 结果与讨论

2.1 聚乙烯亚胺－肝素结合涂层PVC管道表面肝素的红外光谱表征

由于肝素量较少，难以直接表征医用PVC管道表面肝素的存在.在实验中将固定在PVC表面的的肝素涂层用乙醇洗脱，再对洗脱液进行红外光谱测试.图1为纯肝素和聚乙烯亚胺－肝素复合物的红外光谱图.由图1可见，纯肝素与用乙醇洗脱的肝素涂层的红外光谱图很类似.这表明在我们的实验中，肝素涂层已经被成功的涂布在聚氯乙烯表面.这是因为肝素分子中含有许多带有负电荷的官能团，而聚乙烯亚胺在水中以聚合阳离子存在.因此通过阴阳离子相互作用，肝素分子能与聚乙烯亚胺相结合，从而被固定在医用聚氯乙烯材料表面.

图1 纯肝素和聚乙烯亚胺－肝素复合物的红外光谱图Fig.1 FT－IR of GSN and PEI－H

2.2 游离肝素钠浓度标准工作曲线

由于甲苯胺蓝在631nm处有最大吸收峰，对甲苯胺蓝在631nm处吸光度前、后差值进行比较，三次测试光度值后平均数值分别为0，0.1，0.3，0.5，0.5，0.9，1.0，0.9，以所测吸光光度值为纵坐标，肝素钠质量浓度为0，2，4，8，10，16，20 mg／L为横坐标，绘制标准曲线.见图2.

图2 肝素钠标准曲线Fig.2 The standard curve of heparin－sodium

2.3 肝素结合表面肝素含量的测定

2.3.1 标准浓度聚乙烯亚胺－肝素复合物工作曲线 标准聚乙烯亚胺－肝素复合物溶液按照测试标准肝素浓度的方法，3次测定光度值后平均数值分别为0，0.031，0.103，0.164，0.213，以所测吸光度为纵坐标，聚乙烯亚胺－肝素复合物质量浓度0，2，4，8，10mg／L为横坐标，绘制标准曲线，见图3.

图3 PEI－H标准曲线Fig.3 The standard curve of PEI－H

用无水乙醇完全洗脱涂层表面的聚乙烯亚胺－肝素复合物，在211nm处测定其吸光度为2.586，比较标准浓度聚乙烯亚胺－肝素工作曲线，得到涂层表面聚乙烯亚胺－肝素复合物含量为1 069.4μg／cm2.

2.3.2 聚乙烯亚胺－肝素复合物中肝素含量的测定 取少量的聚乙烯亚胺与过量肝素发生反应，通过双光束紫外可见分光光度计结合甲苯胺蓝法测得反应前后溶液中游离肝素含量，其差值为125.2μg／cm2，即是 PEI－H 复合物中肝素的量.表面肝素的含量由PEI－H复合物中肝素含量即可求得，为944.1μg／cm2.

2.4 肝素释放速率的测定

甲苯胺蓝分光光度法测定结果表明，经过涂层处理的医用PVC材料表面肝素含量为944.1μg／cm2.在生理盐水中浸泡700h后游离肝素的含量很小，PEI－H涂层的PVC表面肝素脱落率仅为0.78%.见图4.

图4 浸泡时间对肝素稳定性的影响Fig.4 Effect of soaking time on stability of heparin

3 结 语

我们先在医用聚氯乙烯材料表面引入阳离子聚乙烯亚胺，再通过其与肝素分子中的负电荷官能团发生阴阳离子相互作用，成功在医用聚氯乙烯表面涂布肝素化层.实验表明经过聚乙烯亚胺－肝素涂层改性的聚氯乙烯材料在生理盐水中脱落的肝素量很小，有望在外科手术中得到一定应用.

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