肝素化胆红素吸附剂和抗凝血表面涂层的制备及性能研究

发布时间：2019-10-10 10:28

【摘要】：血液灌流是临床上去除血液中胆红素等肝衰竭毒素的有效方法之一。血液灌流的核心器件是吸附柱,提高血液灌流吸附柱的抗凝血能力一直是血液净化材料领域急需解决的关键问题。目前临床主要采用注射大剂量肝素的方法抗凝血,这一方法在长期使用过程中会导致一系列的副作用,且不适于具有出血倾向的患者。血液灌流胆红素吸附柱由吸附剂和外壳两部分组成,这两种材料和血液接触时均会发生凝血反应,因此提高血液灌流吸附柱的抗凝血能力需从外壳和吸附剂两部分入手进行研究。为了寻找并建立血液灌流吸附柱的材料抗凝血改性方法,本论文针对血液接触的吸附剂和外壳材料,提出了不同的表面肝素修饰策略。对于吸附剂,为提高对胆红素的吸附能力和效率,制备了壳聚糖／氧化石墨烯复合凝胶,并在其表面共价键合肝素,以此提高吸附剂抗凝血能力；对于外壳材料,采取在聚多巴胺修饰的表面构建壳聚糖/介孔二氧化硅肝素缓释涂层的策略。 论文的第一部分主要研究制备具有抗凝血能力的新型碳纳米材料基胆红素吸附剂。为了选择合适的碳纳米材料,首先考察了多壁碳纳米管(MWCNTs)和氧化石墨烯(GO)对胆红素的吸附特性。将MWCNTs和GO分别制备成磁性碳纳米管和自组装水凝胶形式,以方便纳米材料的回收。发现磁性MWCNTs和石墨烯水凝胶对胆红素都表现出了优异的吸附性能,30-C时,饱和吸附量均高于250mg/g。此外,磁性MWCNTs和石墨烯水凝胶对胆红素的吸附量受温度和离子强度的增加而增加,说明胆红素和MWCNTs或GO的作用可能为疏水作用。 由于GO具有更大的比表面积、更好的分散性以及自组装性能,选择GO作为吸附材料进一步制备胆红素吸附剂。利用壳聚糖和GO在酸性溶液中的自组装特性,将壳聚糖和GO的混合液经过冷冻干燥和碱中和处理,得到大孔的壳聚糖/GO水凝胶(CS/GH),然后在其表面共价键合肝素,得到了肝素改性的壳聚糖／GO水凝胶(hep-CS/GH)。结果表明：1) hep-CS/GH具高度的机械柔性,在经历80%的压缩应变条件下,撤去外力能快速恢复原始形貌；2) hep-CS/GH中的GO在吸附胆红素中起主导作用,当GO含量仅为9.09%时,其吸附量和未含GO的壳聚糖凝胶相比提高了2.7倍；3) hepCS/GH能选择性地从白蛋白溶液中吸附胆红素,并能够有效地从血清中去除胆红素,去除率可达16.9%(胆红素初始浓度305m/L,吸附剂/血清体积比1：16)；4)肝素改性能够降低凝胶的蛋白吸附、血小板粘附和溶血率,并将其凝血时间从6.7min延长至23.6min,说明共价键合肝素有效提高了吸附剂的抗凝血能力。 论文的第二部分主要研究在吸附柱壳表面构建肝素缓释涂层的方法。首先研究了肝素缓释涂层通过聚多巴胺薄层作为粘合剂在表面稳定固定的方法。重点考察多巴胺和左旋多巴在不同亲疏水的材料(聚丙烯、聚偏氟乙烯和尼龙)表面通过氧化自聚成膜的特性,以及聚多巴胺(pDA)和聚左旋多巴(poly(DOPA))的稳定性与其所接触溶液酸碱性的关系。结果表明：1)多巴胺和左旋多巴在不同表面成膜有一定差异,多巴胺在上述三种材料表面都能够显著成膜,而左旋多巴在强疏水的聚丙烯表面基本不成膜。2) pDA和poly(DOPA)薄层在酸、碱溶液中的稳定性也有显著差异,经过0.1MHC16次冲洗处理,不同材料表面pDA的脱落率在30-57%,而poly(DOPA)的低于10%；经0.1MNaOH6次冲洗处理不同材料表面pDA的脱落率在69-95%,而poly(DOPA)的在50%左右；说明在酸性条件下pDA和poly(DOPA)的稳定性均好于碱性条件,而pDA的稳定性好于poly(DOPA)。3)采用NaIO4再次氧化pDA和poly(DOPA)薄层的方法可显著提高其稳定性,如聚丙烯表面新形成的pDA薄层在0.1MNaOH溶液中的脱落率高达95%,而经过NaIO4再次氧化后,pDA的脱落率减少到38%。 鉴于pDA具有更宽范围的应用表面,进一步选择经NaIO4再氧化的pDA修饰基底表面制备壳聚糖／介孔二氧化硅复合肝素缓释涂层。采用介孔二氧化硅SBA-15作为肝素缓释载体,利用混有肝素的儿茶酚改性壳聚糖的成型特点,将载有肝素的介孔二氧化硅包埋在壳聚糖中,使涂层固定在pDA修饰的表面。首先通过硅烷偶联剂对SBA-15进行氨基化,当氨基密度为5.3×10-4mol/g时,可将SBA-15对肝素的吸附量从32.9mg/g提高至189.7m∥g,因为氨基化SBA-15能通过静电作用增加其对肝素的吸附量。pDA薄层作为一个粘性的中间层,可以和儿茶酚改性壳聚糖进行反应,从而使肝素缓释涂层稳定固定在基底表面。8h内肝素从涂层释放至表面的速率在15.8到2.1μg/cm2/h之间。涂层表现出良好的抗凝血能力,在2h内基本不发生凝血。肝素缓释涂层和直接注射肝素相比,可以大大降低进入血液的肝素量,提高治疗安全性。 综上所述,通过制备肝素改性的壳聚糖／氧化石墨烯复合凝胶,以及构建肝素缓释涂层,能有效提高吸附剂和外壳材料表面的抗凝血能力,并提高吸附剂对胆红素的吸附能力,为减少血液净化治疗过程中的肝素用量、提高治疗安全性提供了依据。
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Fig. 1.2 Blood-materials interactions如图1.2所示，吸附态蛋白接下来会通过两种方式引发凝血反应。一是直接激发内源性凝血路径导致血液凝固；二是通过引发血小板粘附、激活和聚集，使血小板释放凝血因子，加速凝血级联反应。最后聚集的血小板和其他血细胞以及纤维蛋白相互交织在--起，形成凝血块。血小板是来源于骨髓的圆形无核粒细胞，在凝血路径中起重要作用|19]。血小板粘附是血装蛋白在生物材料表面吸附导致的。研究发现纤维蛋白原_、纤连蛋白[21]和玻连蛋白[22]会促进血小板在生物材料表面粘附聚集，其中纤维蛋白原起主要作用，其中吸附态纤维蛋白原的RGD序列尤为重要主要是因为血小板表面的糖蛋白受体GPIIb/IIIa(allbbS integrin)会和材料表面吸附的纤维蛋白原等蛋白的RGD序列结合，导致血小板粘-4-

而这个构象变化是一个相对缓慢的过程。肝素与AT-III结合可以大大降低AT-III构象变化的自由能，使其构象更易发生变化，如图1.5所示1571。肝素与AT-ni的结合将AT-III和凝血酶之间的结合速度提高了至少1000倍AT-III-凝血酶复合物的形抑制了凝血酶的活性，进而抑制凝血的发生AT-U丨-凝血酶复合物形成后，肝素便从复合物中释放，和下一个抗凝血酶分子结合，因此肝素在整个抗凝血过程中起着催化剂的作用。._0 CHjOS^' CHjOSO^-I 2 3 4 S图1.4肝素的化学结构Fig. 1.4 Chemical structure of heparinP I Pentasaccharide ^ .丨 flrsequence I - Factor XaUnfractionatedAnlithrombin ^^ j—Throm bin图1.5肝素的生物活性【57】Fig. 1.5 Bioactivity of heparin除肝素这种间接抑制凝血酶活性的抗凝剂外，直接凝血酶抑制剂也可用来改善生物材料表面血液相容性，例如水，

本文编号：2547134