聚砜平板膜的低温等离子表面改性及其在膜式人工肺中的应用

发布时间：2017-05-19 19:01

  本文关键词：聚砜平板膜的低温等离子表面改性及其在膜式人工肺中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：人工肺,又称为膜式氧合器,是在开胸手术的体外循环中代替或者辅助人体肺脏,排出体内代谢过程中所产生的二氧化碳、同时摄取人体必需的氧气,以维持肺病患者的生命的辅助设备。人工肺最基本的要求是要具有良好的气体传输性能及生物相容性,前者可以通过对膜材料的甄选达到要求,而生物相容性则需要对材料表面进行相应的改性才能满足需要。本文在实验室以往研究的基础上,选取最优条件下制得的聚砜(PSF)平板膜作为基膜,。通过低温等离子体法对其进行接枝改性,在其表面分别接枝聚乙二醇(PEG)和肝素,丙烯酸(AA)以及聚乙二-醇丙烯酸酯(PEGA),以提高膜材料的生物相容性。1、PSF膜表面进行PEG及肝素的接枝利用低温等离子技术在PSF基膜表面接枝PEG和肝素。首先考察了工作气体、放电功率、处理时间及气体流速对材料亲水性的影响,确定了等离子体处理的最佳条件。氩气等离子体处理在放电功率为50W,处理时间为2min时改性PSF膜的亲水性相对较好。接着考察了PEG分子量对改性后的材料生物相容性的影响,实验结果表明,当PEG分子量为6000时,改性后的PSF膜表面的牛血清白蛋白和血小板吸附量最少。最后考察了接枝后PSF膜的传输性能,实验结果表明接枝后的PSF膜材料保持了材料的本体性能,渗透通量基本保持不变,同时血液条件下气液双侧传输性能测试结果显示,血液流速为1.5L/min时,氧气和二氧化碳的传输性能分别达到107mL/min,99mL/min,已经接近临床上常用的氧合器气体传输效率。2、PSF膜表面进行丙烯酸的聚合接枝利用低温等离子体技术在PSF基膜表面聚合接枝丙烯酸,采取了浸泡接枝和汽化接枝两种方法。对于浸泡接枝法,考察了丙烯酸溶液浓度和温度对改性后的材料亲水性的影响。当丙烯酸溶液浓度为40wt%,温度为60℃时,改性后的PSF膜具有较好的亲水性,牛血清白蛋白吸附量明显减少,但是血小板黏附情况仍然比较严重。由于丙烯酸的聚合度难以控制,过度聚合的丙烯酸接枝到材料表面,PSF膜的气体渗透通量明显减小。血液条件下的气液双侧传输性能测试结果也不理想,氧气和二氧化碳的传输性能仅为70mL/min和62mL/min。对于汽化接枝法,实验结果表明其弥补了浸泡接枝法的不足,不会发生丙烯酸的过度聚合,改性后的PSF膜具有良好的传输性能,渗透通量与未改性PSF膜相比基本保持不变。3、PSF膜表面进行PEGA的接枝利用低温等离子体技术,在PSF膜表面接枝PEGA。PEG具有良好的亲水性,PSF膜表面接枝PEG后具有优异的生物相容性。PEG在与丙烯酸发生酯化反应后,生成一端或两端带双键的PEGA,更加容易与激活后的PSF膜材料发生接枝。考察了PEGA溶液浓度和温度对改性后的材料亲水性的影响。实验结果表明,PEGA溶液浓度为50g/L时,改性后的PSF膜亲水性较好,牛血清白蛋白及血小板黏附量也明显减少。渗透通量及气液双侧传输性质测试结果表明,改性后的PSF膜保留了材料的本体性能,具有很好的应用前景。
【关键词】：PSF膜 低温等离子体 表面改性 传输性能 生物相容性
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318.1;TQ320.721
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-29
• 1.1 人工肺简介12-14
• 1.1.1 人工肺基本概念12
• 1.1.2 人工肺的发展历史12-13
• 1.1.3 理想的人工肺所具备的的条件13-14
• 1.2 膜材料简介14-17
• 1.2.1 膜材料的使用历程14-17
• 1.2.2 膜材料的选择标准17
• 1.3 生物相容性17-21
• 1.3.1 生物相容性基本概念17-18
• 1.3.2 血液相容性的评价标准18-19
• 1.3.3 材料生物相容性的影响因素19-20
• 1.3.4 提高材料表面血液相容性的方法20-21
• 1.4 高分子材料表面改性方法21-24
• 1.4.1 表面涂覆法21
• 1.4.2 表面氧化和腐蚀21-22
• 1.4.3 接枝改性法22-23
• 1.4.4 表面活性剂法23
• 1.4.5 分子自组装法23-24
• 1.5 等离子体技术简介24-27
• 1.5.1 等离子体简介24
• 1.5.2 低温等离子体改性技术24-27
• 1.6 本论文的主要研究工作27-28
• 1.7 本论文的主要创新点28-29
• 第二章 PSF膜表面等离子接枝PEG及肝素29-51
• 2.1 前言29-30
• 2.2 实验部分30-38
• 2.2.0 主要实验药品30
• 2.2.1 主要实验仪器设备30-31
• 2.2.2 PSF平板膜的制备31-32
• 2.2.3 等离子体改性32-33
• 2.2.4 气体渗透性能测试33-34
• 2.2.5 膜材料的临界透水压力测试34
• 2.2.6 红外光谱分析34
• 2.2.7 膜材料气液双侧传输性能测试34-36
• 2.2.8 PSF平板膜空隙率的测定36
• 2.2.9 膜接枝率测试36
• 2.2.10 接触角测试36
• 2.2.11 光电子能谱36-37
• 2.2.12 扫描电镜(SEM)37
• 2.2.13 BSA吸附分析37-38
• 2.2.15 血小板吸附测试38
• 2.2.16 肝素接枝含量测定38
• 2.3 实验结果38-49
• 2.3.1 孔隙率测试结果38-39
• 2.3.2 等离子体接枝条件对改性膜的接触角的影响39-42
• 2.3.3 不同分子量PEG接枝对改性膜的接触角的影响42
• 2.3.4 红外光谱42-43
• 2.3.5 光电子能谱(XPS)43
• 2.3.6 临界透水压力测试43-44
• 2.3.7 肝素含量测试结果44
• 2.3.8 牛血清蛋白的吸附44-46
• 2.3.9 血小板黏附性能测试46-47
• 2.3.10 气体通量实验结果47
• 2.3.11 气液双侧传输性质测试结果47-49
• 2.4 等离子体改性PSF膜材料反应机理探讨49-50
• 2.5 本章小结50-51
• 第三章 PSF膜表面等离子体聚合接枝丙烯酸51-62
• 3.1 前言51-52
• 3.2 实验部分52-54
• 3.2.1 实验药品及实验器材52
• 3.2.2 丙烯酸溶液浸泡接枝52-53
• 3.2.3 丙烯酸汽化接枝53-54
• 3.2.4 膜材料物理化学性能测试54
• 3.2.5 膜材料生物相容性指标测试54
• 3.3 结果分析及讨论54-61
• 3.3.1 丙烯酸溶液温度及浓度对改性膜的接触角的影响54-55
• 3.3.2 丙烯酸溶液温度及溶液浓度对改性膜的接枝度的影响55-56
• 3.3.3 红外分析结果56-57
• 3.3.5 渗透通量测试57-58
• 3.3.6 牛血清蛋白吸附结果58-59
• 3.3.7 血小板黏附实验结果59-60
• 3.3.8 气液双侧传输性质结果60-61
• 3.4 本章小结61-62
• 第四章 PSF膜表面等离子体接枝PEGA62-71
• 4.1 前言62-63
• 4.2 实验部分63-65
• 4.2.1 实验药品及实验器材63
• 4.2.2 PEGA溶液浸泡接枝63-64
• 4.2.3 膜材料物理化学性能测试64
• 4.2.4 膜材料生物相容性指标测试64-65
• 4.3 实验结果及讨论65-69
• 4.3.1 PEGA溶液浓度、处理功率及溶液温度对改性膜接触角的影响65-66
• 4.3.2 红外测试结果66
• 4.3.3 浸泡溶液浓度对改性膜接枝度的影响66-67
• 4.3.4 渗透通量实验结果67
• 4.3.5 BSA吸附实验67-68
• 4.3.6 血小板吸附结果68-69
• 4.3.7 气液双侧传输性质测试结果69
• 4.4 本章小结69-71
• 第五章 结论与展望71-74
• 5.1 结论71-72
• 5.2 展望72-74
• 参考文献74-78
• 硕士期间发表论文78-79
• 致谢79-81

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