平板式聚砜膜的制备、表征、改性及其在膜式人工肺中的应用

发布时间：2017-08-13 14:10

  本文关键词：平板式聚砜膜的制备、表征、改性及其在膜式人工肺中的应用

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【摘要】：人工肺,又称为膜式氧合器,其主要功能是当机体肺部发生病变或损伤时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。它是治疗急性呼吸疾病和等待肺移植阶段必需的医疗设备,也是心血管手术的辅助医疗设备。人工肺功能得以发挥的核心在于膜材料的选择,本文选择聚砜膜作为基膜,通过优化制膜条件制备出性能优异的基膜,通过化学改性和等离子体改性两种改性方法接枝聚乙二醇(PEG)和肝素钠分子,以提高膜材料的血液相容性,并对两种改性方法进行了比较。1.聚砜基膜的制备和优化本部分重点研究了铸膜液的浓度和初始态的膜在空气中预挥发时间对成膜性能的影响,通过测试膜材料的气体渗透通量、临界透水压力、机械强度、气液双侧传输性能等多项指标来评价膜材料的综合性能。结果表明,随着铸膜液浓度的增加,膜材料氧气和二氧化碳渗透通量减小,临界透水压力和机械强度增大,而湿膜的预挥发时间越长,膜的通量越小,但是临界透水压力变化不大,因此优化的铸膜液浓度为15%和预挥发时间为5s。此外针对膜式氧合器的气液传输测试结果表明,当模拟液流速为1.5L/min时,氧气和二氧化碳通过膜的传输速率分别达到8.5ml/min和364.5ml/min,说明聚砜膜完全具备氧气和二氧化碳的传输性能。2.聚砜膜的化学改性接枝聚乙二醇和肝素钠分子本部分通过化学改性的手段先将聚砜膜氯甲基化,然后接枝聚乙二醇(PEG),最后键接肝素钠分子,以提高基膜的生物相容性。实验中研究了氯化聚砜和PEG的反应配比、反应时间,以及聚乙二醇的分子量对于改性的影响。通过相关物理化学性能的测试,可以得出当PEG和氯化聚砜的质量比为2：1,接枝反应为24h时,改性膜材料能在最大程度上保持了基膜的优异性能。接枝肝素钠以后膜材料的血液相容性实验测试结果显示,接枝分子量为一万的PEG改性聚砜膜(PSF-PEGlw-Hep)具有最少的牛血清蛋白吸附、血小板吸附,以及较低的血栓。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110ml/min,102ml/min,已经接近临床上常用的氧合器气体传输效率。3.低温等离子体改性聚砜膜接枝聚乙二醇和肝素钠分子本部分在化学改性接枝研究的基础上,尝试使用低温等离子体改性方法对聚砜基膜改性接枝分子量为一万的聚乙二醇(PEG-lw)和肝素钠分子,并测试了改性后膜材料的物理化学性能和血液相容性,对比了两种改性方法的优劣。实验结果表明,相对于化学改性,低温等离子改性方法能在更大程度上保留聚砜膜的本体性能,尤其是临界透水压力比化学改性好；同时,等离子体改性可以在聚砜膜表面激活更多的活性自由基,因此能接枝更多的肝素钠分子,因而其血液相容性能好于化学改性的膜材料。此外,通过在聚砜膜表面单纯的接枝改性肝素钠(PSF-Hep)和同时接枝改性PEG和肝素钠(PSF-PEG-Hep)的对比实验结果表明,长链的PEG分子和肝素钠相辅相成,即PEG分子量的空间位阻更有利于肝素钠发挥其抗凝血效果。总体而言,化学改性和低温等离子体改性各有优缺点,前者改性接枝分子稳定持久,但是改变了膜材料的本体结构；后者改性简单易行,最大程度保持了膜材料本体性能,但是改性接枝的分子容易在溶液中浸泡流失。
【关键词】：聚砜膜 渗透通量 临界透水压力 传输性能 生物相容性 化学改性 等离子体改性
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ317;R318.13
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-42
• 1.1 人工肺的形式及其发展历程12-18
• 1.1.1 人工肺的基本概念和功能12
• 1.1.2 早期人工肺的基本形式12-14
• 1.1.3 膜式人工肺的发展和形式14-18
• 1.2 人工肺的基本原理和膜材料选择18-26
• 1.2.1 人工肺的基本原理18-19
• 1.2.2 人工肺的气体传输过程19-21
• 1.2.3 人工肺常用膜材料21-25
• 1.2.4 人工肺常用膜材料选择标准25-26
• 1.3 膜材料生物相容性的概念和测试指标26-28
• 1.3.1 生物相容性的基本概念26
• 1.3.2 生物相容性的测试评价标准26-28
• 1.4 膜材料的改性方法和技术28-32
• 1.4.1 膜材料表面亲水性的改进28-29
• 1.4.2 膜材料表面接枝两性分子(仿生物质)29-30
• 1.4.3 肝素的抗凝血性能研究30-32
• 1.5 本论文的主要研究工作32-34
• 参考文献34-42
• 第二章：聚砜基膜的制备和优化42-56
• 2.1 聚砜膜制备的影响因素42-44
• 2.2 聚砜膜的制备44-47
• 2.2.1 实验药品和仪器设备44
• 2.2.2 聚砜膜的制备44-45
• 2.2.3 聚砜膜的性能测试45-47
• 2.3 实验结果与讨论47-53
• 2.3.1 铸膜液浓度和粘度关系47
• 2.3.2 铸膜条件的摸索47-49
• 2.3.3 铸膜液浓度对气体分离因子的影响49
• 2.3.4 临界透水压力测试结果分析49-50
• 2.3.5 机械强度分析50
• 2.3.6 膜材料断面和内部扫描电镜图片50-51
• 2.3.7 膜厚度测试结果51-52
• 2.3.8 气液双侧传输速率测试52
• 2.3.9 聚砜膜溶剂残留分析52-53
• 2.4 本章小结53-54
• 参考文献54-56
• 第三章：聚砜膜的化学改性56-76
• 3.1 化学改性方法和原理简介56-57
• 3.2 实验药品和器材57-58
• 3.3 不同分子量PEG改性接枝聚砜膜材料的制备58-61
• 3.3.1 化学改性基本原理58-60
• 3.3.2 聚砜膜接枝聚乙二醇(PEG)60
• 3.3.3 肝素钠的接枝(PEG-PSF-Hep)和测试60-61
• 3.4 改性接枝膜材料的化学性能测试61
• 3.4.1 渗透通量和传输速率测试61
• 3.4.2 接触角测试61
• 3.5 血液相容性指标测试61-62
• 3.5.1 血蛋白的吸附62
• 3.5.2 血小板吸附测试62
• 3.5.3 血栓的吸附测试62
• 3.6 实验结果及其分析62-73
• 3.6.1 红外光谱和核磁图谱62-65
• 3.6.2 肝素化的表征65-67
• 3.6.3 接触角测试结果67-68
• 3.6.4 改性膜材料临界透水压力测试结果68
• 3.6.5 改性以后膜材料气体渗透通量的测试68-69
• 3.6.6 不同膜材料表面接枝肝素钠浓度测试结果69
• 3.6.7 牛血清蛋白吸附结果69-71
• 3.6.8 血小板的吸附测试结果71-72
• 3.6.9 血栓吸测试结果72
• 3.6.10 血液条件下气液双侧传输性能测试72-73
• 3.7 本章小结73-74
• 参考文献74-76
• 第四章 室温常压等离子体改性聚砜膜材料的研究76-86
• 4.1 等离子技术简介76-77
• 4.2 实验药品和器材77-78
• 4.3 低温等离子体处理膜材料表面78
• 4.4 膜材料物理化学性能测试78
• 4.5 膜材料生物相容性指标测试78
• 4.6 实验结果与讨论78-84
• 4.6.1 等离子体气源及其处理时间的优化78-79
• 4.6.2 等离子体改性PEG-1w和肝素钠接枝表征79-80
• 4.6.3 等离子体改性接触角测试和肝素钠含量结果80
• 4.6.4 等离子体改性膜材料临界透水压力测试80-81
• 4.6.5 等离子体改性膜材料血液相容性实验测试结果81-83
• 4.6.6 等离子体改性聚砜膜材料反应机理探讨83-84
• 4.7 低温等离子体改性膜材料小结84
• 参考文献84-86
• 第五章：结论与展望86-90
• 5.1 结论86-87
• 5.2 展望87-90
• 硕士期间发表的论文90-92
• 致谢92-94

【参考文献】

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1 何淑漫;周健;;抗凝血生物材料[J];化学进展;2010年04期

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本文编号：667673