表面微图案化对血小板粘附行为影响
目 录
1 引言 1
1.1 心血管疾病医用材料 1
1.2 材料表面的血液相容性 1
1.3 材料表面血栓的形成 1
1.4 血液接触材料表面改性 2
1.5 材料表面组分与拓扑结构 3
1.6 SEBS简介 7
1.7 该课题研究目的与意义 7
2 实验部分 8
2.1 实验试剂 8
2.2主要实验仪器 9
2.3实验流程 9
2.4 样品的制备 10
2.5 SEBS膜的紫外接枝 10
2.6 SEBS膜表面微图案化处理 10
3 实验结果与讨论 10
3.1紫外接枝时间以及接枝MPC的浓度对SEBS膜接枝率的影响 10
3.2 水接触角测定 12
3.3 红外分析 13
3.4 SEBS膜的图案化 14
3.5 材料表面血液相容性测试 15
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 引言
1.1 心血管疾病医用材料
由于近年来现代工业迅速发展、环境污染加重、人们关于血液方面的疾病率逐年增高，据《中国卫生统计年鉴数据》2012年城镇居民死因构成统计，影响居民身体健康的三大病因分别是恶性肿瘤、心脏疾病和脑血管疾病，分别占26.8%、21.5%、19.6%。因此，血管及血液的研究对人们治疗血液方面的疾病，降低有关血液的发病率及死亡率是必要的。为了有针对性的诊断、预防和治疗心脑血管方面的疾病，治疗心脑血管材料、器械也伴随着快速发展。血液接触类材料种类 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
繁多，高长有等在论著中按照用途将心血管医疗用血液接触性材料分为三种：1.用于输血与取血的体外装置；2.血管介入性装置；3.永久植入性装置（软组织替代材料）。
1.2 材料表面的血液相容性
作为血液接触性材料，血液相容性是其最为重要的指标，血液相容性所涵盖的内容很广，高分子材料的血液相容性主要是指在高分子材料在与血液接触时，不引起血浆蛋白的吸附、血小板的激活和粘附及不引起红细胞膜破裂而导致发生溶血，也就是材料表面必须同时具备抗凝血和抗溶血的功能。简单来说，血液相容性就是指指定材料在与血液相接触时，其血液中成分被影响的程度[1]，具体的指标包括凝血因子与补体体系是否被激活，血液中多种酶的活性及有害的免疫反应是否被激起，血栓、血小板、溶血的量的变化或是否被激活[2]。而且，这些各个因素间又是相互影响、互相联系、同时发生的。
1.3 材料表面血栓的形成
目前用于治疗血液方面疾病的医用材料虽然多种多样，单用于血液接触性材料均存在血液相容性的问题，其中当血液与所用材料相接触时，血液中的各个成分被影响，较可能形成血栓，所以研究血栓的形成及其探究其解决方法是非常重要的。
血液在材料表面的凝固是材料表面成分与血液中各个不同成分相互作用的结果。当指定材料作为异物和血液相接触时，一般情况下在1至2min内，材料表面会出现凝血作用，而同时血液的凝固与血液中各个成分有关，例如，凝血因子，血小板，血浆蛋白，以及红细胞等。其凝血形成途径主要分两种：1）激活凝血因子，纤维蛋白凝胶形成；2）血小板的粘附、释放、聚集，其使血小板形成过程。但是，这两种途径的引发都是因为由吸附于材料表面血浆蛋白质层引起的。材料表面血栓形成图如下1-2[3]。当材料和血液相互接触时，首先在血液中，血浆蛋白和脂质分子吸附于材料表面上，在此期间，血浆蛋白和脂质分子的构象发生了改变，从而使血液之中各个成分发生改变并发生相互作用：一方面可以引起内源性凝血反应，且其起点是凝血因子的激活；且另一方面，在血浆蛋白的粘附层表面上，其诱发血浆、血小板等血细胞成分粘附在其上，血小板粘附在表面上，并发生一定的形态变化，接着释放第Ⅲ凝血因子，因此凝血系统得以活化，接着引发凝血反应。另外红细胞吸附、变形、破损导致其溶血的出现，同时也会促使凝血的发生。最后，在凝血过程中，血浆中凝血酶原转变为凝血酶，纤维蛋白原转变为纤维蛋白，且两者粘附在材料表面上，两种相互交联后形成织网和红血球、血小板等血细胞的成分互相交联，并最后形成血栓。
因此血液相容性较好的材料，其必须可以抑制其凝血因子的活化，而于此同时又能有效的预防血小板粘附、释放、聚集，两种机制对于血液接触性材料都是必不可少的。
图1.1 血栓于材料表面的形成过程
1.4 血液接触材料表面改性
因为血液接触材料在与血液相接触时，会存在血液相容性的问题，而一些材料在使用时会形成血栓，凝血和电荷变化等方面的影响，因此需要对材料表面的性质相应的表面改性处理。
表面改性的方法有物理涂覆法，接枝聚合法，原位填充聚合法。在这三种方法中，物理涂覆最为简单，其用亲水剂（例如醇类[4]，表面活性剂[5、6]、聚电解质络合物[7]等）来处理微孔膜，或者将微孔膜放置于高分子溶液中，之后蒸发其溶剂。虽然这种技术较为简单，但是因为其是利用物理吸附来固定表面的活 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
性剂，会致使容易流失表面活性剂，亲水性也会因此降低[4]。原位填充聚合法是利用聚丙烯的微孔膜的孔内添入其相对应的引发剂和单体使其单体聚合，从而得到相应的改性功能膜的材料[8]。和其他两种方法相对比，接枝聚合法其有很多优点从而被大量应用到实验中：通过化学键与微孔膜其表面相互键合，接枝链进行连接键合，因此不会在一定的物质通过时进行溶解，接枝链也不会因此而丢失。其接枝聚合改性基本的思路是：利用多种方法加工微孔膜表面，使其表面出现自由基，之后引入其功能基团或单体接枝。如图1.2。
图1.2 接枝聚合改性基本过程
1.5 材料表面组分与拓扑结构
由上文叙述可知，材料表面的组分和其拓扑结构是影响材料表面粘附的重要原因。
1.5.1 材料表面拓扑结构
一般而言，材料表面其拓扑结构的图案可分为两大类，一类分为化学组成均质的拓扑结构图案，而另一类分为化学组成异质拓扑结构图案。
在众多医用材料中都使用了一定有关的拓扑结构，有些拓扑结构实在进行加工时因为加工设计等因素而无意中加入的，而另一些则是因为有针对性，特定需求而特意加入的，无意加入的拓扑结构如材料表面通常会存在的粗糙度，有意加入的例如在各种支架等材料中孔膜结构。
对于化学组成异质的拓扑结构，其材料表面，在各自相应的区域有着不同的化学组成。一般而言，实验人员在进行材料表面研究时，在相应的区域会有针对性的引入所需的基团、接枝链等组分,从而对其表面进行改性处理，使其相应区域具有不同的化学特性，所以通过表面改性处理，使材料表面具有多重机制,最终形成化学异质的拓扑结构。例如,在材料表面可以通过接枝等反应在材料表面形成特定的化学基团，使其表面具有抗血小板粘附的特性,而在生物诊断中为了提高生物诊断的信噪比就可以通过这一方法进行改性处理。另外可以在材料表面某一区域形成抗血小板粘附，而在另外区域形成血小板粘附，通过这一特性可以有效的控制血小板在不同区域的粘附。
紫外光刻与传统光刻的原理类似，是把掩模上的图案转移至基材表面的过程。以采用光刻胶的体系为例，光刻涉及的设备与材料主要包括紫外光源、光刻胶、掩模和基材。光刻过程如图2-2所示，首先在基材表面涂覆一层光刻胶,然后在其上放置带有图案结构的掩模,暴露出来的光刻胶将会受到紫外光的照射。对于正性光刻胶,受到光照的区域相对于未受到光照的区域在显影剂溶液中更易于溶解而对于负性光刻胶，受到光照的区域不溶解于显影剂溶液。其得到的光刻胶图案将对指定的样品进行特定的图案化处理,一般而言目标物质为硅烷类,而硅烷类会结合在材料表面上，通过在丙酮中超声清洗将作为掩模的光刻胶去除,这些原先被光刻胶覆盖的区域可以结合另一种所需的物质，比如排斥、促进蛋白质吸附、以及细胞粘附的不同组分。
1 引言 1
1.1 心血管疾病医用材料 1
1.2 材料表面的血液相容性 1
1.3 材料表面血栓的形成 1
1.4 血液接触材料表面改性 2
1.5 材料表面组分与拓扑结构 3
1.6 SEBS简介 7
1.7 该课题研究目的与意义 7
2 实验部分 8
2.1 实验试剂 8
2.2主要实验仪器 9
2.3实验流程 9
2.4 样品的制备 10
2.5 SEBS膜的紫外接枝 10
2.6 SEBS膜表面微图案化处理 10
3 实验结果与讨论 10
3.1紫外接枝时间以及接枝MPC的浓度对SEBS膜接枝率的影响 10
3.2 水接触角测定 12
3.3 红外分析 13
3.4 SEBS膜的图案化 14
3.5 材料表面血液相容性测试 15
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 引言
1.1 心血管疾病医用材料
由于近年来现代工业迅速发展、环境污染加重、人们关于血液方面的疾病率逐年增高，据《中国卫生统计年鉴数据》2012年城镇居民死因构成统计，影响居民身体健康的三大病因分别是恶性肿瘤、心脏疾病和脑血管疾病，分别占26.8%、21.5%、19.6%。因此，血管及血液的研究对人们治疗血液方面的疾病，降低有关血液的发病率及死亡率是必要的。为了有针对性的诊断、预防和治疗心脑血管方面的疾病，治疗心脑血管材料、器械也伴随着快速发展。血液接触类材料种类 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
繁多，高长有等在论著中按照用途将心血管医疗用血液接触性材料分为三种：1.用于输血与取血的体外装置；2.血管介入性装置；3.永久植入性装置（软组织替代材料）。
1.2 材料表面的血液相容性
作为血液接触性材料，血液相容性是其最为重要的指标，血液相容性所涵盖的内容很广，高分子材料的血液相容性主要是指在高分子材料在与血液接触时，不引起血浆蛋白的吸附、血小板的激活和粘附及不引起红细胞膜破裂而导致发生溶血，也就是材料表面必须同时具备抗凝血和抗溶血的功能。简单来说，血液相容性就是指指定材料在与血液相接触时，其血液中成分被影响的程度[1]，具体的指标包括凝血因子与补体体系是否被激活，血液中多种酶的活性及有害的免疫反应是否被激起，血栓、血小板、溶血的量的变化或是否被激活[2]。而且，这些各个因素间又是相互影响、互相联系、同时发生的。
1.3 材料表面血栓的形成
目前用于治疗血液方面疾病的医用材料虽然多种多样，单用于血液接触性材料均存在血液相容性的问题，其中当血液与所用材料相接触时，血液中的各个成分被影响，较可能形成血栓，所以研究血栓的形成及其探究其解决方法是非常重要的。
血液在材料表面的凝固是材料表面成分与血液中各个不同成分相互作用的结果。当指定材料作为异物和血液相接触时，一般情况下在1至2min内，材料表面会出现凝血作用，而同时血液的凝固与血液中各个成分有关，例如，凝血因子，血小板，血浆蛋白，以及红细胞等。其凝血形成途径主要分两种：1）激活凝血因子，纤维蛋白凝胶形成；2）血小板的粘附、释放、聚集，其使血小板形成过程。但是，这两种途径的引发都是因为由吸附于材料表面血浆蛋白质层引起的。材料表面血栓形成图如下1-2[3]。当材料和血液相互接触时，首先在血液中，血浆蛋白和脂质分子吸附于材料表面上，在此期间，血浆蛋白和脂质分子的构象发生了改变，从而使血液之中各个成分发生改变并发生相互作用：一方面可以引起内源性凝血反应，且其起点是凝血因子的激活；且另一方面，在血浆蛋白的粘附层表面上，其诱发血浆、血小板等血细胞成分粘附在其上，血小板粘附在表面上，并发生一定的形态变化，接着释放第Ⅲ凝血因子，因此凝血系统得以活化，接着引发凝血反应。另外红细胞吸附、变形、破损导致其溶血的出现，同时也会促使凝血的发生。最后，在凝血过程中，血浆中凝血酶原转变为凝血酶，纤维蛋白原转变为纤维蛋白，且两者粘附在材料表面上，两种相互交联后形成织网和红血球、血小板等血细胞的成分互相交联，并最后形成血栓。
因此血液相容性较好的材料，其必须可以抑制其凝血因子的活化，而于此同时又能有效的预防血小板粘附、释放、聚集，两种机制对于血液接触性材料都是必不可少的。
图1.1 血栓于材料表面的形成过程
1.4 血液接触材料表面改性
因为血液接触材料在与血液相接触时，会存在血液相容性的问题，而一些材料在使用时会形成血栓，凝血和电荷变化等方面的影响，因此需要对材料表面的性质相应的表面改性处理。
表面改性的方法有物理涂覆法，接枝聚合法，原位填充聚合法。在这三种方法中，物理涂覆最为简单，其用亲水剂（例如醇类[4]，表面活性剂[5、6]、聚电解质络合物[7]等）来处理微孔膜，或者将微孔膜放置于高分子溶液中，之后蒸发其溶剂。虽然这种技术较为简单，但是因为其是利用物理吸附来固定表面的活 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
性剂，会致使容易流失表面活性剂，亲水性也会因此降低[4]。原位填充聚合法是利用聚丙烯的微孔膜的孔内添入其相对应的引发剂和单体使其单体聚合，从而得到相应的改性功能膜的材料[8]。和其他两种方法相对比，接枝聚合法其有很多优点从而被大量应用到实验中：通过化学键与微孔膜其表面相互键合，接枝链进行连接键合，因此不会在一定的物质通过时进行溶解，接枝链也不会因此而丢失。其接枝聚合改性基本的思路是：利用多种方法加工微孔膜表面，使其表面出现自由基，之后引入其功能基团或单体接枝。如图1.2。
图1.2 接枝聚合改性基本过程
1.5 材料表面组分与拓扑结构
由上文叙述可知，材料表面的组分和其拓扑结构是影响材料表面粘附的重要原因。
1.5.1 材料表面拓扑结构
一般而言，材料表面其拓扑结构的图案可分为两大类，一类分为化学组成均质的拓扑结构图案，而另一类分为化学组成异质拓扑结构图案。
在众多医用材料中都使用了一定有关的拓扑结构，有些拓扑结构实在进行加工时因为加工设计等因素而无意中加入的，而另一些则是因为有针对性，特定需求而特意加入的，无意加入的拓扑结构如材料表面通常会存在的粗糙度，有意加入的例如在各种支架等材料中孔膜结构。
对于化学组成异质的拓扑结构，其材料表面，在各自相应的区域有着不同的化学组成。一般而言，实验人员在进行材料表面研究时，在相应的区域会有针对性的引入所需的基团、接枝链等组分,从而对其表面进行改性处理，使其相应区域具有不同的化学特性，所以通过表面改性处理，使材料表面具有多重机制,最终形成化学异质的拓扑结构。例如,在材料表面可以通过接枝等反应在材料表面形成特定的化学基团，使其表面具有抗血小板粘附的特性,而在生物诊断中为了提高生物诊断的信噪比就可以通过这一方法进行改性处理。另外可以在材料表面某一区域形成抗血小板粘附，而在另外区域形成血小板粘附，通过这一特性可以有效的控制血小板在不同区域的粘附。
紫外光刻与传统光刻的原理类似，是把掩模上的图案转移至基材表面的过程。以采用光刻胶的体系为例，光刻涉及的设备与材料主要包括紫外光源、光刻胶、掩模和基材。光刻过程如图2-2所示，首先在基材表面涂覆一层光刻胶,然后在其上放置带有图案结构的掩模,暴露出来的光刻胶将会受到紫外光的照射。对于正性光刻胶,受到光照的区域相对于未受到光照的区域在显影剂溶液中更易于溶解而对于负性光刻胶，受到光照的区域不溶解于显影剂溶液。其得到的光刻胶图案将对指定的样品进行特定的图案化处理,一般而言目标物质为硅烷类,而硅烷类会结合在材料表面上，通过在丙酮中超声清洗将作为掩模的光刻胶去除,这些原先被光刻胶覆盖的区域可以结合另一种所需的物质，比如排斥、促进蛋白质吸附、以及细胞粘附的不同组分。
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