聚全氟乙丙烯膜表面抗炎性和抗凝血性改性
2014-10-22董艳霞杜亚龙
董艳霞++杜亚龙
摘 要：本文利用高频低温等离子体技术与紫外（UV）接枝技术，在疏水性FEP膜表面接枝具有特殊功能的环丙沙星和肝素，对其表面进行改性，以赋予FEP材料优异的生物相容性和抗菌性。
关键词：聚全氟乙丙烯 表面改性 生物相容性 抗菌性
中图分类号：TQ320 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（a）-0001-02
聚全氟乙烯（FEP）材料具有良好的耐腐蚀性、无毒、化学稳定性和良好的加工性能，被广泛应用于生物医学领域。近几年来，研究发现通过对生物医用高分子材料表面进行适当的改性，在材料表面偶合或者结合具有抗菌性能和抗凝血性能的高分子，赋予材料表面优良的生物相容性能，能够有效阻止在生物体体内的细菌感染[1]和凝血现象[2]的形成。
环丙沙星为第三代喹诺酮类抗菌药物，具广谱抗菌活性，杀菌效果好，对大肠杆菌、绿脓杆菌、流感嗜血杆菌、金黄色葡萄球菌等具有优良的抗菌作用。本文为了在FEP表面化学键合环丙沙星和肝素混合物，以提高其抗炎性和抗凝血性。
1 实验部分
1.1 实验材料与仪器
聚全氟乙丙烯（FEP）膜：0.1 mm厚，切成2 cm×4 cm样品，用丙酮、去离子水依次超声清洗各3次，5 min/次，室温真空干燥24 h后密封保存备用；金黄色葡萄球菌、大肠杆菌，菌株来源-中国科学院微生物研究所菌种保藏中心；环丙沙星，市售；肝素钠（Hp，优级纯）、N，N'-二甲基甲酰胺（DMF，分析纯），国药集团（上海）化学试剂有限公司；N，N′-二环己基碳二酰亚胺（DCC）、4-二甲氨基吡啶（DMAP）为化学纯，中国医药集团（上海）化学试剂公司；丙烯酸（AAc）为分析纯，天津市福星化学试剂厂；Ar：99.999%以上的高纯气体。
XPA-5型升降式光化学反应仪，南京胥江机电厂；PECVD500-HF辉光等离子体设备，北京泰科诺科技有限公司；衰减全反射红外光谱仪（ATR-FIIR），Tensor 27型、德国Bruker公司；X射线光电子能谱仪（XPS），AXIS ULTRA型，英国Kratos Analytical公司；HH-6s数显恒温水浴锅，金纺市精达仪器制造厂；101-OAB型电热鼓风干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司；DZF-6020真空干燥箱，上海一恒科技有限公司；TGL-16M高速台式冷冻离心机，长沙湘仪离心机仪器有限公司。
1.2 实验步骤
1.2.1 接枝聚合AAc
将FEP膜放入PECVD500-HF辉光等离子体发生器中，抽真空至1Pa以下。在（6 kV、50 Pa、3 min）条件下处理后取出并在空气中暴露20 min；接着浸入浓度为6%（v/v）的AAc水溶液中，置于光化学反应仪中（紫外灯：1000 W，波长：350 nm），通氮排氧进行接枝聚合反应。实验完毕后，将样品置于恒温振荡器中，在60 ℃水浴中中搅拌清洗6 h，蒸馏水清洗3次，以除去未反应的AAc单体和均聚物。在35 ℃下真空干燥48 h，样品记为FEP-pAAc。
1.2.2 接枝Hp
将FEP-pAAc膜（1 cm×1 cm）、0.08 mmol DMAP放入100 ml的烧杯中，依次加入30 mL DMF、25 mg Hp；随后，置于冰水浴中，缓慢加入0.4 mmol DCC，搅拌反应6 h。反应完毕后，将样品依次用DMF搅拌清洗4 h、蒸馏水清洗4 h。在35 ℃下真空干燥48 h，样品记为FEP-pAAc-Hp。
1.2.3 接枝Hp/Cip混合物
将FEP-pAAc膜（1cm×1cm）、0.1 mmol DMAP放入100 ml烧杯中，依次加入50 ml DMF、25 mg Hp；随后将烧杯放入冰水浴中，缓慢加入0.5 mmol DCC，搅拌反应4 h后继续加入0.1 mmol DMAP、25 mg Cip、缓慢加入0.5 mmol DCC，继续搅拌反应4 h。反应完毕后，样品依次用DMF冲洗4 h，蒸馏水清洗4 h。在35 ℃下真空干燥24 h，样品记为FEP-pAAc-Hp/Cip。
1.3 表征方法
表面结构变化通过ATR-FTIR测定；表面组成分析采用XPS。
1.4 生物相容性能测试
1.4.1 血小板黏附实验
抽取50 ml健康人体的新鲜血液，加入一定浓度的柠檬酸钠溶液抗凝。将血液1200转/min离心12 min，小心取上清液，得到贫血小板血浆（platelet poor plasma，PPP）。收集贫血小板血浆，4550转/min离心10 min，小心取上清液，得到富血小板血浆（platelet rich plasma，PRP）。取50 ml PRP 滴在样品（1 cm×1 cm）表面，30 min后，用PBS（pH=7.2）冲洗，除去未紧附的血小板。随后用1%（wt.%）戊二醛溶液浸泡30 min，用去离子水冲洗几次。紧接着，将粘附血小板的样品表面依次用30、40、50、60、70、80、90、100%乙醇/水溶液（v/v）浸泡，15 min/次。最后自然晾干，喷金置于SEM下观察。
1.4.2 抑菌圈法抗菌实验
将金黄色葡萄球菌和大肠杆菌于试管斜面中活化，37 ℃培养24 h后，加入适量无菌水将菌体刮除并制备成菌悬液。将菌悬液稀释相应倍数后与营养琼脂培养基混合后倒入培养皿中。待培养基凝固后，将原始FEP膜、FEP-pAAc膜和FEP-pAAc-Hp/Cip膜裁剪为1 cm×1 cm大小，置于培养基表面。培养皿置于37 ℃培养24h后，分别在24 h和48 h时观察抑菌圈的大小。
2 结果与讨论
2.1 ATR-FTIR分析
与a和b比较，图c看到在1650 cm-1和1050 cm-1处出现特征吸收峰分别为-NH-和-SO3，表明Hp成功接枝到FEP-pAAc膜表面。图d看到在2930 cm-1和2810 cm-1出现了-CH2-吸收峰位，在2500 cm-1处出现的峰是由于与氮相邻的亚甲基和次甲基的碳氢伸缩振动引起的，在1648 cm-1处峰位明显变强，这是由于Hp和Cip分子中的-NH-叠加引起的，在1048 cm-1处为-SO3的特征吸收峰峰位，在1500 cm-1处峰形明显变宽，这是由于Cip分子中芳环中环变形振动引起的，表明Hp/Cip混合物成功接枝到FEP-pAAc膜表面。
2.2 血液相容性分析
2.4 抗菌性能分析
不同膜表面的抑菌圈照片。（a，a'，e，e'）看到在24 h和48 h时，样品周围无抑菌圈，表明原始膜本身不具有抗菌性。（b，b'）看到FEP-pAAc膜周围无抑菌圈出现，表明对金黄色葡萄球菌不具有抗菌性。然而（f， f'）所示，FEP-pAAc膜周围有微弱的抑菌圈出现，对大肠杆菌具有略微的抗菌性，这是由于形成的pAAc层具有羧酸环境，对革兰氏阴性菌具有一定的杀菌作用。（c，c'，g，g'）看到接枝Hp/Cip混合物的膜周围均形成了明显的抑菌圈。在24 h和48 h时，对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为19.2 mm和18.6 mm，对大肠杆菌的抑菌圈直径分别为18.2 mm和16.4 mm。此结果表明，接枝Hp/Cip混合物可以体现出Cip本身优良的抗菌性能，能够有效改善材料表面的抗菌性能。
3 结语
（1）在冰水浴下，通过酯化反应，将Hp/Cip混合物接枝到FEP-pAAc膜表面。通过ATR-FTIR、SEM、AFM测试分析，证明Hp/Cip混合物成功接枝到FEP-pAAc膜表面。
（2）通过体外血小板黏附实验和抗菌性能测试，表明接枝Hp/Cip混合物的膜表面有优良的抗凝血性能和抗菌性能。
（3）本研究通过DCC/DMAP酯化反应，在FEP-pAAc膜表面成功接枝具有良好抗凝血性能和抗菌性能的Hp/Cip混合物，赋予材料表面优良的复合性能，拓展了惰性FEP膜在生物医用高分子材料领域内的应用，提供了一种高效的表面改性技术。
参考文献
[1] 周轩榕，卢滇楠，邵曼君，等.表面接枝季铵盐型高分子材料抗菌过程的特性研究[J].高等学校化学学报，2003，24（6）：1131-1135.
[2] 文志红，邬素华，陈维涛.医用肝素化抗凝血高分子材料的研究进展[J].塑料，2005，34（2）：26-30.
与a和b比较，图c看到在1650 cm-1和1050 cm-1处出现特征吸收峰分别为-NH-和-SO3，表明Hp成功接枝到FEP-pAAc膜表面。图d看到在2930 cm-1和2810 cm-1出现了-CH2-吸收峰位，在2500 cm-1处出现的峰是由于与氮相邻的亚甲基和次甲基的碳氢伸缩振动引起的，在1648 cm-1处峰位明显变强，这是由于Hp和Cip分子中的-NH-叠加引起的，在1048 cm-1处为-SO3的特征吸收峰峰位，在1500 cm-1处峰形明显变宽，这是由于Cip分子中芳环中环变形振动引起的，表明Hp/Cip混合物成功接枝到FEP-pAAc膜表面。
2.2 血液相容性分析
2.4 抗菌性能分析
不同膜表面的抑菌圈照片。（a，a'，e，e'）看到在24 h和48 h时，样品周围无抑菌圈，表明原始膜本身不具有抗菌性。（b，b'）看到FEP-pAAc膜周围无抑菌圈出现，表明对金黄色葡萄球菌不具有抗菌性。然而（f， f'）所示，FEP-pAAc膜周围有微弱的抑菌圈出现，对大肠杆菌具有略微的抗菌性，这是由于形成的pAAc层具有羧酸环境，对革兰氏阴性菌具有一定的杀菌作用。（c，c'，g，g'）看到接枝Hp/Cip混合物的膜周围均形成了明显的抑菌圈。在24 h和48 h时，对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为19.2 mm和18.6 mm，对大肠杆菌的抑菌圈直径分别为18.2 mm和16.4 mm。此结果表明，接枝Hp/Cip混合物可以体现出Cip本身优良的抗菌性能，能够有效改善材料表面的抗菌性能。
3 结语
（1）在冰水浴下，通过酯化反应，将Hp/Cip混合物接枝到FEP-pAAc膜表面。通过ATR-FTIR、SEM、AFM测试分析，证明Hp/Cip混合物成功接枝到FEP-pAAc膜表面。
（2）通过体外血小板黏附实验和抗菌性能测试，表明接枝Hp/Cip混合物的膜表面有优良的抗凝血性能和抗菌性能。
（3）本研究通过DCC/DMAP酯化反应，在FEP-pAAc膜表面成功接枝具有良好抗凝血性能和抗菌性能的Hp/Cip混合物，赋予材料表面优良的复合性能，拓展了惰性FEP膜在生物医用高分子材料领域内的应用，提供了一种高效的表面改性技术。
参考文献
[1] 周轩榕，卢滇楠，邵曼君，等.表面接枝季铵盐型高分子材料抗菌过程的特性研究[J].高等学校化学学报，2003，24（6）：1131-1135.
[2] 文志红，邬素华，陈维涛.医用肝素化抗凝血高分子材料的研究进展[J].塑料，2005，34（2）：26-30.
与a和b比较，图c看到在1650 cm-1和1050 cm-1处出现特征吸收峰分别为-NH-和-SO3，表明Hp成功接枝到FEP-pAAc膜表面。图d看到在2930 cm-1和2810 cm-1出现了-CH2-吸收峰位，在2500 cm-1处出现的峰是由于与氮相邻的亚甲基和次甲基的碳氢伸缩振动引起的，在1648 cm-1处峰位明显变强，这是由于Hp和Cip分子中的-NH-叠加引起的，在1048 cm-1处为-SO3的特征吸收峰峰位，在1500 cm-1处峰形明显变宽，这是由于Cip分子中芳环中环变形振动引起的，表明Hp/Cip混合物成功接枝到FEP-pAAc膜表面。
2.2 血液相容性分析
2.4 抗菌性能分析
不同膜表面的抑菌圈照片。（a，a'，e，e'）看到在24 h和48 h时，样品周围无抑菌圈，表明原始膜本身不具有抗菌性。（b，b'）看到FEP-pAAc膜周围无抑菌圈出现，表明对金黄色葡萄球菌不具有抗菌性。然而（f， f'）所示，FEP-pAAc膜周围有微弱的抑菌圈出现，对大肠杆菌具有略微的抗菌性，这是由于形成的pAAc层具有羧酸环境，对革兰氏阴性菌具有一定的杀菌作用。（c，c'，g，g'）看到接枝Hp/Cip混合物的膜周围均形成了明显的抑菌圈。在24 h和48 h时，对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为19.2 mm和18.6 mm，对大肠杆菌的抑菌圈直径分别为18.2 mm和16.4 mm。此结果表明，接枝Hp/Cip混合物可以体现出Cip本身优良的抗菌性能，能够有效改善材料表面的抗菌性能。
3 结语
（1）在冰水浴下，通过酯化反应，将Hp/Cip混合物接枝到FEP-pAAc膜表面。通过ATR-FTIR、SEM、AFM测试分析，证明Hp/Cip混合物成功接枝到FEP-pAAc膜表面。
（2）通过体外血小板黏附实验和抗菌性能测试，表明接枝Hp/Cip混合物的膜表面有优良的抗凝血性能和抗菌性能。
（3）本研究通过DCC/DMAP酯化反应，在FEP-pAAc膜表面成功接枝具有良好抗凝血性能和抗菌性能的Hp/Cip混合物，赋予材料表面优良的复合性能，拓展了惰性FEP膜在生物医用高分子材料领域内的应用，提供了一种高效的表面改性技术。
参考文献
[1] 周轩榕，卢滇楠，邵曼君，等.表面接枝季铵盐型高分子材料抗菌过程的特性研究[J].高等学校化学学报，2003，24（6）：1131-1135.
[2] 文志红，邬素华，陈维涛.医用肝素化抗凝血高分子材料的研究进展[J].塑料，2005，34（2）：26-30.
