CN109316986B - 一种丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖改性聚砜膜及其制备方法 - Google Patents

一种丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖改性聚砜膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖改性聚砜膜及其制备方法。本发明先通过紫外接枝在聚砜膜(PSF膜)表面接枝丙烯酸(AA)，得到丙烯酸改性聚砜膜(AA‑PSF膜)；再利用羧基与氨基的缩合反应，将磺化二羟丙基壳聚糖(SDHPCS)接枝在AA‑PSF膜表面，得到丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖改性聚砜膜(SDHPCS‑AA‑PSF膜)。本发明的特点是以聚砜膜作为基膜，膜表面先接枝丙烯酸，再接枝磺化二羟丙基壳聚糖，得到丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖改性聚砜膜具有良好的亲水性和抗凝血性；且制备工艺简单，条件温和易控。

Description

一种丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖改性聚砜膜及其制备方法
技术领域
本发明属于生物医用材料领域，特别涉及一种丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖改性聚砜膜及其制备方法。
背景技术
聚砜作为极具应用潜力的血液接触类材料，其抗凝血性能在不断完善。聚砜膜结构中无亲水性基团和抗凝血性分子，所以聚砜本身血液相容性差，与血液接触时，蛋白质将迅速吸附到膜的表面上，并且吸附的蛋白质层可进一步导致血小板粘附，聚集和凝血等。本发明旨在解决聚砜材料在使用时产生的蛋白质吸附和凝血等问题，提供一种具有良好血液相容性的改性聚砜膜及其制备方法。
目前聚砜膜的改性主要采用表面改性来提高材料的血液相容性，这样不仅可改善材料的血液相容性，还可保持聚砜膜材料固有的良好力学性能。对聚砜膜进行表面改性策略有改善表面的亲水性能、使表面带负电荷、表面接枝两性离子聚合物、设计微相分离结构、种植内皮细胞、表面肝素化、表面类肝素化以及表面固定尿激酶等生物大分子等方法。Yang MC等(Journal of Polymer Research,2002,9(2):135-140.)首先将聚砜膜进行臭氧处理，然后利用丙烯酸在膜表面反应，最后将壳聚糖分子接枝在聚砜膜表面，得到了亲水性和生物相容性较好的壳聚糖改性聚砜。TM Liu等(Materials Science&Engineering CMaterials for Biological Applications,2017,79:570)将磺化羟丙基壳聚糖接枝在聚砜膜表面，改性后的材料亲水性和血液相容性得到了明显的改善。屠美等(中国医学物理学杂志,2003,20(4):297-298.)发现羧基和磺酸基对抗凝血性能有协同效果，血液相溶性的高低主要取决于羧基和磺酸基两者的比例；对于磺化O-羧甲基壳聚糖，当N-羧甲基取代度为0.585、O-磺酸基取代度为0.593时，抗凝血性能最好；对于磺化N-羧甲基壳聚糖，当N-磺酸基取代度为0.689、O-羧甲基取代度为0.593时，抗凝血效果最佳。发明专利CN 108043251A将沃拉帕沙微球颗粒与聚砜或聚醚砜共混得到的改性膜具有良好的抗血小板和抗血栓性能。发明专利CN 104841285 A公布了一种由柠檬酸和壳聚糖改性的生物相容性的聚氨酯及其制备方法。发明专利CN 106943901 A公布了磺化羟丙基壳聚糖改性的生物相容性聚砜膜。
综上所述，制备抗凝血聚砜膜的一般方法是先制备出基质材料或基膜，然后通过表面改性、本体改性和共混等方法使材料具有抗凝血分子结构，从而提高其血液相容性。发明专利CN 106943901 A公布了对壳聚糖C6-OH位上的引入羟丙基进行磺化，再把磺化羟丙基壳聚糖接枝在聚砜膜表面，虽可改善其血液相容性，但对壳聚糖C6-OH位上引入二羟丙基后，可进一步提高亲水性和抗蛋白污染性，且羧基和磺酸基对抗凝血性能有协同效果。通过对二羟丙基壳聚糖进行磺化，再把磺化二羟丙基壳聚糖接枝在丙烯酸改性的聚砜膜表面，得到丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖改性的聚砜膜，其血液相容性可得到进一步提高。
本发明的目的是设计一种丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖改性的血液相容性聚砜膜；该改性聚砜膜的结构特点为聚砜膜作为基膜，膜表面先接枝丙烯酸，再接枝磺化二羟丙基壳聚糖；丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖的引入，使膜表面的亲水性和抗凝血性能得到改善；通过对聚砜膜表面进行改性，整个膜材料具有良好的物化稳定性；且本发明提供的制备方法具有工艺简单，反应条件温和易控等特点。
发明内容
本发明的目的是设计一种丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖改性聚砜膜，用聚砜膜(PSF膜)作为基膜，基膜表面先接枝丙烯酸(AA)，再接枝磺化二羟丙基壳聚糖(SDHPCS)，即膜表面含有丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖改性聚砜(SDHPCS-AA-PSF)，其化学结构式为：
Figure BDA0001856351580000021
结构中n＝20～80，m＝1～50；R为OH或磺化二羟丙基壳聚糖。
本发明的另一个目的是提供所述的丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖改性聚砜膜的制备方法，主要包括以下步骤：
(1)PSF膜表面的丙烯酸改性
将聚砜膜(PSF膜)加入到质量浓度为1～5％丙烯酸(AA)水溶液中20～40min；将聚砜膜取出或留在原溶液中，用150～300W紫外灯(波长为220～380nm，强度为20～30mW/cm2)照射2～10min，取出后用无水乙醇和去离子水洗涤干净，然后在40～50℃下经真空干燥，即得到AA-PSF膜；
(2)AA-PSF膜表面的SDHPCS改性
将上述AA-PSF膜加入到4℃，碳化二亚胺(EDC)浓度为2～4mmoL/L的醋酸缓冲溶液中3～5h，以活化膜表面的羧基；然后依次用磷酸盐缓冲液和去离子水洗涤，再将活化后的膜加入到4℃、0.1～0.5mg/mL SDHPCS的醋酸溶液中，搅拌反应20～24h；得到的膜在20～40℃的1～2mmoL/L的戊二醛溶液中浸泡50～60min，然后用磷酸盐缓冲液和去离子水洗涤，并于去离子水中浸泡10～12h，经常温真空干燥，即得到SDHPCS-AA-PSF膜。
改性过程发生的反应为：
Figure BDA0001856351580000031
AA-PSF+SDHPCS→SDHPCS-AA-PSF (2)
AA-PSF表示丙烯酸改性聚砜，其化学结构式为：
Figure BDA0001856351580000032
SDHPCS-AA-PSF表示丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖改性聚砜，其化学结构式为：
Figure BDA0001856351580000033
结构中n＝20～80，m＝1～50；R表示OH或SDHPCS；SDHPCS表示磺化二羟丙基壳聚糖，其化学结构式为：
Figure BDA0001856351580000034
或
Figure BDA0001856351580000035
或
Figure BDA0001856351580000036
结构中r＝300～500。
本发明采用两步制备出丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖改性聚砜膜，通过改变PSF基膜表面的化学结构，使其亲水性、抗凝血性和血液相容性得到明显改善。与未改性聚砜膜相比，改性聚砜膜的亲水性和抗蛋白质污染性能得到很大提高，水接触角由76°降低到28°，牛血清蛋白的吸附量由380μg/cm2降低到52μg/cm2，磺化二羟丙基壳聚糖的引入大幅度提高了水接触角，减少了蛋白质的吸附，溶血率由2.8％下降到0.9％。血小板的吸附量、聚集程度和变形程度也明显减少，且没有形成血栓。类肝素结构的磺化二羟丙基壳聚糖和表面的羧基共同作用于凝血因子，从而改善材料的抗凝血性能。
本发明具有以下优点：
1.类肝素物质磺化二羟丙基壳聚糖接枝在丙烯酸改性聚砜膜表面，进一步提高了聚砜膜表面的亲水性、抗蛋白质污染性和抗凝血性。
2.通过紫外接枝和缩合反应实现了丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖在聚砜膜表面的改性。
3.对聚砜膜表面进行改性，保持了原有膜的机械强度和结构稳定性。
4.本发明提供的制备方法简单，条件温和易控。
附图说明
图1本发明丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖改性聚砜膜制备工艺流程。
具体实施方式
下面结合附图及实例对本发明做进一步描述。
实施例1
将聚砜膜(PSF膜)加入到质量浓度为2％丙烯酸(AA)水溶液中30min；将聚砜膜取出或留在原溶液中，在160W紫外灯下持续照射5min，取出后用无水乙醇和去离子水洗涤干净，在50℃下，经真空干燥，即得到AA-PSF膜；
将上述AA-PSF膜加入到4℃，碳化二亚胺(EDC)浓度为3mmoL/L的醋酸缓冲溶液中4h，以活化膜表面的羧基；然后依次用磷酸盐缓冲液和去离子水洗涤，再将活化后的膜加入到4℃、0.1mg/mL SDHPCS的醋酸溶液中，搅拌反应20h；得到的膜在30℃的2mmoL/L的戊二醛溶液中浸泡60min，然后用磷酸盐缓冲液和去离子水洗涤，并于去离子水中浸泡12h，经常温真空干燥，即得到SDHPCS-AA-PSF膜。
实施例2
将聚砜膜(PSF膜)加入到质量浓度为2％丙烯酸(AA)水溶液中30min；将聚砜膜取出或留在原溶液中，在180W紫外灯下持续照射10min，取出后用无水乙醇和去离子水洗涤干净，在50℃下，经真空干燥，即得到AA-PSF膜；
将上述AA-PSF膜加入到4℃，碳化二亚胺(EDC)浓度为3mmoL/L的醋酸缓冲溶液中4h，以活化膜表面的羧基；然后依次用磷酸盐缓冲液和去离子水洗涤，再将活化后的膜加入到4℃、0.2mg/mL SDHPCS的醋酸溶液中，搅拌反应20h；得到的膜在30℃的2mmoL/L的戊二醛溶液中浸泡60min，然后用磷酸盐缓冲液和去离子水洗涤，并于去离子水中浸泡12h，经常温真空干燥，即得到SDHPCS-AA-PSF膜。
实施例3
将聚砜膜(PSF膜)加入到质量浓度为3％丙烯酸(AA)水溶液中30min；将聚砜膜取出或留在原溶液中，200W紫外灯下持续照射8min，取出后用无水乙醇和去离子水洗涤干净，在50℃下，经真空干燥，即得到AA-PSF膜；
将上述AA-PSF膜加入到4℃，碳化二亚胺(EDC)浓度为3mmoL/L的醋酸缓冲溶液中4h，以活化膜表面的羧基；然后依次用磷酸盐缓冲液和去离子水洗涤，再将活化后的膜加入到4℃、0.2mg/mL SDHPCS的醋酸溶液中，搅拌反应20h；得到的膜在30℃的2mmoL/L的戊二醛溶液中浸泡60min，然后用磷酸盐缓冲液和去离子水洗涤，并于去离子水中浸泡12h，经常温真空干燥，即得到SDHPCS-AA-PSF膜。
实施例4
将聚砜膜(PSF膜)加入到质量浓度为3％丙烯酸(AA)水溶液中30min；将聚砜膜取出或留在原溶液中，在240W紫外灯下持续照射6min，取出后用无水乙醇和去离子水洗涤干净，在50℃下，经真空干燥，即得到AA-PSF膜；
将上述AA-PSF膜加入到4℃，碳化二亚胺(EDC)浓度为3mmoL/L的醋酸缓冲溶液中4h，以活化膜表面的羧基；然后依次用磷酸盐缓冲液和去离子水洗涤，再将活化后的膜加入到4℃、0.1mg/mL SDHPCS的醋酸溶液中，搅拌反应20h；得到的膜在30℃的2mmoL/L的戊二醛溶液中浸泡60min，然后用磷酸盐缓冲液和去离子水洗涤，并于去离子水中浸泡12h，经常温真空干燥，即得到SDHPCS-AA-PSF膜。
本发明丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖改性聚砜膜的性能如表1所示。
表1本发明丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖改性聚砜膜的
Figure BDA0001856351580000051

Claims (1)

1.一种丙烯酸和磺化二羟丙基壳聚糖改性聚砜膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）PSF膜表面的丙烯酸改性
将聚砜膜加入到质量浓度为1～5%丙烯酸水溶液中20～40min；将聚砜膜取出或留在原溶液中，用150～300W紫外灯，紫外灯波长为220～380nm，强度为20～30mW/cm2，照射2～10min，取出后用无水乙醇和去离子水洗涤干净，然后在40～50℃下经真空干燥，即得到丙烯酸改性聚砜膜，即AA-PSF膜；
（2）AA-PSF膜表面的SDHPCS改性
将上述AA-PSF膜加入到4℃，碳化二亚胺浓度为2～4mmoL/L的醋酸缓冲溶液中3～5h，以活化膜表面的羧基；然后依次用磷酸盐缓冲液和去离子水洗涤，再将活化后的膜加入到4℃、0.1～0.5mg/mL SDHPCS的醋酸溶液中，搅拌反应20～24h；得到的膜在20～40℃的1～2mmoL/L的戊二醛溶液中浸泡50～60min，然后用磷酸盐缓冲液和去离子水洗涤，并于去离子水中浸泡10～12h，经常温真空干燥，即得到SDHPCS-AA-PSF膜，化学结构式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式中n=20～80，m=1～50；R为OH或磺化二羟丙基壳聚糖。
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