甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯共聚物（pmea）的合成与性能研究
摘 要摘 要抗凝血材料是指在使用时与血液接触却不会引起凝血、过敏或排异反应的材料，是一种重要的医学材料。甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯共聚物（PMEA）作为一种在医学方面应用广泛的材料，在作为抗凝血材料方面也具有不错的前景。其中的亲水性聚乙二醇侧链可以与水结合，形成一层水层，减少血小板在材料上的吸附，从而达到抑制血液凝固的效果。目前对这种材料的研究在国外已经有了很大的发展，国内在这方面的研究也在慢慢兴起。本研究是以偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯（MPEGA）与甲基丙烯酸乙酯（EMA）为共聚单体，在四氢呋喃溶液中进行自由基共聚，合成了甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯共聚物（PMEA）。研究了MPEGA和EMA单体配比、引发剂用量、反应时间和反应温度对MPEGA/EMA共聚物性能的影响。采用红外光谱、DSC、接触角测试和分子量测定对共聚物进行表征。结果表明，不同的原料配比和反应条件对反应产率、分子量、接触角等都有很大影响。随着MPEGA单体用量的增加，共聚反应产率先增加后减少，共聚物中的聚乙二醇侧链和分子量都增加，玻璃化温度和接触角都减小。增加引发剂用量或反应时间，共聚反应产率、共聚物分子量、接触角都将增加。随反应温度增加，共聚反应产率和接触角增加，共聚物分子量降低。单体比例为2:8，引发剂用量为1%，反应温度为60℃，反应时间为6小时，转化率较大，分子量适宜，接触角较小，是最佳的反应条件。关键词：甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯；甲基丙烯酸乙酯；溶液聚合；自由基共聚 目 录
第一章 绪论 1
1.1 抗凝血材料 1
1.2 抗凝血材料的研究现状及其抗凝血机理 1
1.2.1 肝素化表面处理及其抗凝血机理 2
1.2.2 聚磷酰胆碱酯类 3
1.2.3 聚乙二醇（PEG）链结构抗凝血机理 3
1.3 甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯共聚物（PMEA） 4
1.3.1 单体结构与性能 4
1.3.2 甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯共聚物（PMEA）的合成 5
1.3.3 甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯共聚物（PMEA）抗凝血机理 7
1.4 选题背景及目的意义 7
第二章 实验部分 9
2.1 实验药品和仪器
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
3
1.3 甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯共聚物（PMEA） 4
1.3.1 单体结构与性能 4
1.3.2 甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯共聚物（PMEA）的合成 5
1.3.3 甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯共聚物（PMEA）抗凝血机理 7
1.4 选题背景及目的意义 7
第二章 实验部分 9
2.1 实验药品和仪器设备 9
2.1.1 实验药品 9
2.1.2 实验仪器 9
2.2 甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯共聚物（PMEA）的合成 9
2.2.1 引发剂的精制 9
2.2.2 甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯共聚物（PMEA）的合成 10
2.2.3 产物的沉淀及提纯 10
2.3 表征 11
2.3.1 转化率的计算 11
2.3.2 傅立叶红外光谱的表征（FTIR） 11
2.3.3 接触角的测量 11
2.3.4 分子量的测量 11
2.3.5 DSC 12
第三章 结果分析与讨论 13
3.1 红外光谱分析 13
3.2 DSC 分析 14
3.3 单体配比对产物性能的影响 15
3.3.1 分子量和转化率 15
3.3.2 接触角 16
3.4 引发剂用量对产物性能的影响 17
3.4.1 分子量和转化率 18
3.4.2 接触角 18
3.5 聚合时间对产物性能的影响 20
3.5.1 分子量和转化率 20
3.5.2 接触角 21
3.6 聚合温度对产物性能的影响 22
3.6.1 分子量和转化率 22
3.6.2 接触角 23
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
第一章 绪论
1.1 抗凝血材料
当血液与普通外来物质接触时，血浆中的蛋白质会在很短的时间内吸附在材料上，这样就形成一层蛋白质吸附层，这是凝血反应的开始，也是其中一个重要的组成部分[1]。接着这些蛋白层开始变性，从而诱发血小板的聚集和沉积。与此同时，血液中的凝血酶的活性也将被触发，这将导致本来溶解在血液中的可溶解性纤维蛋白转化成难以溶解的纤维蛋白[2]。这些纤维蛋白交织成网状结构，附着在蛋白质吸附层上，加上吸附的血小板，大大降低了血液的流动性，这样便形成了难以流动的血液，甚至凝固成血块。这是人体的基本机能，是一种人体的自我保护机制。然而在医学上，很多情况下需要保持血液的流动性，这就要求材料能具有一定的生物相容性[3]。
抗凝血材料的研究最早兴起于二十世纪四十年代。随着医学领域的发展，有越来越多的材料需要与血液或人的肌体直接接触甚至融入人的肌体中，这就对医学材料的血液相容性提出来越来越高的要求，于是抗凝血材料开始兴起。到了二十世纪六十年代，人们开始将合成材料运用到组织或器官的替代品制作中，高分子作为新兴材料，自然也引起了人们广泛的关注。但在当时，高分子材料并不是专为医学领域研制的，并不具有生物相容性，所以在移入人体时通常会被判断为异物，引起凝血反应。为了解决这一问题，科学家们做了大量的研究，于是高分子材料抗凝血化的研究成为了一个研究热点[4],但到目前为止尚未找到能与人体完美相配的人工合成材料。
1.2 抗凝血材料的研究现状及其抗凝血机理
为了提高材料的抗凝血性，就必须从源头入手，从引起凝血反应的因素考虑，排除这些因素，从而达到抗凝血的目的。目前比较多的被列入考虑范围的方法就是阻止蛋白质吸附在材料表面，即降低材料对血液中蛋白质的吸附力，从而达到抗凝血的效果。此外，材料的物理机械性能、化学稳定性以及易加工性能也是需要考虑的因素。为了维持材料的机械强度与稳定性，也是出于经济实用方面的考虑，对材料进行表面处理[5, 6]是大多数研究者的选择，其中物理方法包括：表面涂层、物理共混等，化学方法包括：表面接枝改性、材料表面负载电荷、材料表面生物化、材料表面微相分离和材料表面内皮化等。对于表面处理材料的选择与设计，需要考虑的两个基本问题是其与基材的结合度以及对血液中蛋白的相容性。而作为优良的抗凝血材料，还必须具备残留在体内时不会致癌、不导致凝血或出血等性能。目前研究比较广泛的几类材料的表面处理方法是：肝素、聚乙二醇（PEG）和磷酰胆碱，其结构和抗凝血机理如下。除此以外还有丝素抗凝血材料[79]和透明质酸壳聚糖抗凝血材料[]等。
1.2.1 肝素化表面处理及其抗凝血机理
肝素是一种硫酸多糖化合物，是天然的抗凝血剂，其结构如图11所示，是一种由多种多糖交替连接而成的多聚体。肝素在医学上的应用已经十分广泛，是迅速达到抗凝血作用的首选药剂，它广泛应用于手术和透析时维持血液流动以及预防和治疗血栓。肝素的抗凝血原理主要被认为是肝素可以与凝血酶结合，从而使得血液失去凝血能力。1963年，Gott最早开始了对肝素固定到材料上［10］，之后肝素化抗凝血材料飞速发展。肝素与高分子材料的结合方法可以分为物理和化学两种[11]。物理结合的方法可以更好的保留肝素的活性，但是结合并不牢固。肝素与材料结合的化学结合方式又可以分为离子键结合和共价键结合，其中共价键结合更加稳定，Heyman等采用共价键合的方法成功将肝素固定[12]。但是共价键的结合方式容易改变肝素构象，导致肝素失去活性，且以肝素来改善材料抗凝血性效果并不持久。侯长军、袁泉等，通过二胺空间臂将肝素分子接枝在PES 分子上, 这样便制备出肝素化的聚醚砜(HPES) 抗凝血材料，且较为有效[13]。而对材料表面进行肝素化处理的另一种是利用肝素较强的阴离
第一章 绪论 1
1.1 抗凝血材料 1
1.2 抗凝血材料的研究现状及其抗凝血机理 1
1.2.1 肝素化表面处理及其抗凝血机理 2
1.2.2 聚磷酰胆碱酯类 3
1.2.3 聚乙二醇（PEG）链结构抗凝血机理 3
1.3 甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯共聚物（PMEA） 4
1.3.1 单体结构与性能 4
1.3.2 甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯共聚物（PMEA）的合成 5
1.3.3 甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯共聚物（PMEA）抗凝血机理 7
1.4 选题背景及目的意义 7
第二章 实验部分 9
2.1 实验药品和仪器
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
3
1.3 甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯共聚物（PMEA） 4
1.3.1 单体结构与性能 4
1.3.2 甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯共聚物（PMEA）的合成 5
1.3.3 甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯共聚物（PMEA）抗凝血机理 7
1.4 选题背景及目的意义 7
第二章 实验部分 9
2.1 实验药品和仪器设备 9
2.1.1 实验药品 9
2.1.2 实验仪器 9
2.2 甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯共聚物（PMEA）的合成 9
2.2.1 引发剂的精制 9
2.2.2 甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯共聚物（PMEA）的合成 10
2.2.3 产物的沉淀及提纯 10
2.3 表征 11
2.3.1 转化率的计算 11
2.3.2 傅立叶红外光谱的表征（FTIR） 11
2.3.3 接触角的测量 11
2.3.4 分子量的测量 11
2.3.5 DSC 12
第三章 结果分析与讨论 13
3.1 红外光谱分析 13
3.2 DSC 分析 14
3.3 单体配比对产物性能的影响 15
3.3.1 分子量和转化率 15
3.3.2 接触角 16
3.4 引发剂用量对产物性能的影响 17
3.4.1 分子量和转化率 18
3.4.2 接触角 18
3.5 聚合时间对产物性能的影响 20
3.5.1 分子量和转化率 20
3.5.2 接触角 21
3.6 聚合温度对产物性能的影响 22
3.6.1 分子量和转化率 22
3.6.2 接触角 23
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
第一章 绪论
1.1 抗凝血材料
当血液与普通外来物质接触时，血浆中的蛋白质会在很短的时间内吸附在材料上，这样就形成一层蛋白质吸附层，这是凝血反应的开始，也是其中一个重要的组成部分[1]。接着这些蛋白层开始变性，从而诱发血小板的聚集和沉积。与此同时，血液中的凝血酶的活性也将被触发，这将导致本来溶解在血液中的可溶解性纤维蛋白转化成难以溶解的纤维蛋白[2]。这些纤维蛋白交织成网状结构，附着在蛋白质吸附层上，加上吸附的血小板，大大降低了血液的流动性，这样便形成了难以流动的血液，甚至凝固成血块。这是人体的基本机能，是一种人体的自我保护机制。然而在医学上，很多情况下需要保持血液的流动性，这就要求材料能具有一定的生物相容性[3]。
抗凝血材料的研究最早兴起于二十世纪四十年代。随着医学领域的发展，有越来越多的材料需要与血液或人的肌体直接接触甚至融入人的肌体中，这就对医学材料的血液相容性提出来越来越高的要求，于是抗凝血材料开始兴起。到了二十世纪六十年代，人们开始将合成材料运用到组织或器官的替代品制作中，高分子作为新兴材料，自然也引起了人们广泛的关注。但在当时，高分子材料并不是专为医学领域研制的，并不具有生物相容性，所以在移入人体时通常会被判断为异物，引起凝血反应。为了解决这一问题，科学家们做了大量的研究，于是高分子材料抗凝血化的研究成为了一个研究热点[4],但到目前为止尚未找到能与人体完美相配的人工合成材料。
1.2 抗凝血材料的研究现状及其抗凝血机理
为了提高材料的抗凝血性，就必须从源头入手，从引起凝血反应的因素考虑，排除这些因素，从而达到抗凝血的目的。目前比较多的被列入考虑范围的方法就是阻止蛋白质吸附在材料表面，即降低材料对血液中蛋白质的吸附力，从而达到抗凝血的效果。此外，材料的物理机械性能、化学稳定性以及易加工性能也是需要考虑的因素。为了维持材料的机械强度与稳定性，也是出于经济实用方面的考虑，对材料进行表面处理[5, 6]是大多数研究者的选择，其中物理方法包括：表面涂层、物理共混等，化学方法包括：表面接枝改性、材料表面负载电荷、材料表面生物化、材料表面微相分离和材料表面内皮化等。对于表面处理材料的选择与设计，需要考虑的两个基本问题是其与基材的结合度以及对血液中蛋白的相容性。而作为优良的抗凝血材料，还必须具备残留在体内时不会致癌、不导致凝血或出血等性能。目前研究比较广泛的几类材料的表面处理方法是：肝素、聚乙二醇（PEG）和磷酰胆碱，其结构和抗凝血机理如下。除此以外还有丝素抗凝血材料[79]和透明质酸壳聚糖抗凝血材料[]等。
1.2.1 肝素化表面处理及其抗凝血机理
肝素是一种硫酸多糖化合物，是天然的抗凝血剂，其结构如图11所示，是一种由多种多糖交替连接而成的多聚体。肝素在医学上的应用已经十分广泛，是迅速达到抗凝血作用的首选药剂，它广泛应用于手术和透析时维持血液流动以及预防和治疗血栓。肝素的抗凝血原理主要被认为是肝素可以与凝血酶结合，从而使得血液失去凝血能力。1963年，Gott最早开始了对肝素固定到材料上［10］，之后肝素化抗凝血材料飞速发展。肝素与高分子材料的结合方法可以分为物理和化学两种[11]。物理结合的方法可以更好的保留肝素的活性，但是结合并不牢固。肝素与材料结合的化学结合方式又可以分为离子键结合和共价键结合，其中共价键结合更加稳定，Heyman等采用共价键合的方法成功将肝素固定[12]。但是共价键的结合方式容易改变肝素构象，导致肝素失去活性，且以肝素来改善材料抗凝血性效果并不持久。侯长军、袁泉等，通过二胺空间臂将肝素分子接枝在PES 分子上, 这样便制备出肝素化的聚醚砜(HPES) 抗凝血材料，且较为有效[13]。而对材料表面进行肝素化处理的另一种是利用肝素较强的阴离
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