[发明专利]一种多孔材料的表面修饰方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔材料的表面修饰方法及应用。具体涉及利用两性离子水凝胶对如疏水高分子聚合物静电纺丝纤维结构、滤纸、生物医用多孔钛及钛合金等多孔材料表面进行超亲水修饰，并应用于组织工程支架、人造血管、导管、伤口辅料、药物载体、植入材料等生物医学领域。

背景技术

多孔材料是一种由相互贯通的孔洞构成网络结构的材料。相对于无孔材料，多孔材料具有相对密度低、质量小、渗透性好等特点，现已广泛应用于诸多生物医学领域。比如，在医用伤口敷料领域，由具有多孔材料的纱布、水凝胶或由亲水聚合物静电纺丝无纺布等材料制备的伤口敷料具有保湿性、柔韧性好等优点，并且可以良好地贴合伤口部位促使其完整愈合；在组织工程领域，由可降解高分子材料(如聚己内酯、聚乳酸等)制备的多孔支架材料具有机械强度高与可塑性强等优点，能够为细胞提供类胞外基质的三维支撑结构，从而促进新生血管形成；在经皮器械领域，由多孔金属如钛、钽，多孔陶瓷等材料制备的牙植入体、假肢，具有质量轻、机械强度高等特性。

然而，多数多孔材料应用于生物环境中时，由于其材料表面易受蛋白、生物活性因子等生物大分子黏附，致使其应用受到了极大的限制。例如，在多孔材料用于血管支架、心脏瓣膜、导管等血液接触设备时，这种黏附作用会导致凝血、血栓的形成，还会引起免疫细胞的识别与攻击，从而引起排异、炎症等诸多副作用，最终导致植入失败甚至病人死亡；当多孔材料用于药物载体或生物检测设备时，材料表面吸附的生物大分子会导致药物释放的中断以及检测信号的减弱。因此，对多孔材料进行表面改性，改善材料的生物相容性，是当今多孔材料应用于生物医学领域的重要前提之一。

多孔材料的表面修饰方法目前主要包括表面接枝技术、自由基引发聚合、等离子体表面处理等。但这些方法往往需要对材料进行复杂的表面前处理或需要无水无氧等苛刻的反应条件。而在反应过程中也可能加入难以去除的重金属催化剂。同时，这些方法需要将引发剂基团固定到结构表面，其在反应过程中易受到空间位阻效应的影响，难以达到理想的修饰密度，易产生表面修饰缺陷。另外，目前的表面修饰方法通常难以在生物环境中保持长期稳定。比如，利用巯基为偶联剂的化学修饰方法，常常由于巯基被氧化而导致修饰基团的脱落。因此，开发一种简便、生物相容性好、有效且稳定的多孔材料的表面修饰方法十分必要。此外，常用的修饰材料主要包括含有多羟基基团的物质如聚乙烯醇、聚乙二醇等、肽或多肽类物质等，但是利用多羟基材料修饰后的材料表面仍然有无法有效抵抗生物大分子的黏附以及由于羟基氧化而导致的材料失效。例如，聚乙二醇为最常用的表面修饰材料之一，但聚乙二醇的多羟基基团极易在富氧的生物环境中发生氧化而失去功能，从而限制了聚乙二醇修饰的材料的应用。

发明内容

本发明针对现有多孔材料生物相容性差、修饰困难、表面涂层稳定性差等缺点，首次利用两性离子材料，制备的两性离子水凝胶对多孔材料进行表面修饰。

近年来，两性离子材料(如羧基甜菜碱、磺基甜菜碱、磷脂酰胆碱等)被用来对材料进行改性，以增强材料的生物相容性和抗污能力。两性离子材料对外显电中性，能够有效克服材料与蛋白等生物大分子的静电作用力，从而达到良好的抗污效果；另一方面，两性离子材料能够良好地结合环境中的水分子，在材料表面形成水化层，使材料表面能够抵抗生物黏附的同时具备良好的生物相容性。羧基甜菜碱聚合物修饰的材料表面人血清中的蛋白具有超低的吸附(<0.3ng/cm²)。本发明利用两性离子水凝胶材料对多孔材料进行表面修饰，能够有效改善多孔材料的表面亲水性和生物相容性，并且能够赋予多孔材料表面抗蛋白吸附、细胞黏附及血液黏附的功能；本发明的修饰方法为物理方法，这类方法能够有效克服传统的化学枝接等修饰方法的修饰密度低、材料处理方法困难、反应条件苛刻等缺陷，同时修饰后的水凝胶涂层能与多孔材料形成物理缠绕，在生物活性环境中能保持长期稳定。另一方面，本发明修饰后的水凝胶-多孔材料复合结构，能够保持多孔材料的机械强度，克服水凝胶材料机械强度差、易破碎的缺点；实验结果显示，经本发明方法修饰过的材料表面能够有效抵抗全血在材料表面的黏附，阻止凝血现象的发生。

因此本发明的方法可以作为多孔材料的表面抗污修饰的一种通用方法，并且能够使不同多孔材料应用于人造心脏瓣膜、人造血管、永久性假肢及牙植入体、纸基生物检测器等多个生物医学领域中。

本发明的目的在于利用两性离子水凝胶对多孔材料进行修饰，使多孔材料获得均匀的抗污、亲水表面。

本发明的第一目的是提供一种两性离子水凝胶对多孔材料的表面修饰方法。