血液接触材料
生物医用高分子材料[精选]
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化学灭菌 ，γ射线灭菌 。国内大多采用前两种方法 。
因此在选择材料时 ，要考虑能否耐受得了。
（7） 易于加工成需要的复杂形状
人工脏器往往具有很复杂的形状 ， 因此 ，用于人 工脏器的高分子材料应具有优良的成型性能 。否则 ， 即使各项性能都满足医用高分子的要求 ，却无法加 工成所需的形状 ，则仍然是无法应用的。
★骨水泥是一类传统的骨用粘合剂 ， 1940年就已用
于脑外科手术中 ， 几十年来 ，一直受到医学界和化学 界的重视。
骨水泥是由单体 、聚合物微粒(150--200μm) 、阻聚
剂 ，促进负等组成 。为了便于x射线造影 ，有还加入 造影剂BaSO4 。下表是常用骨水泥的基本组成和配方。
(4) 人造皮肤材料
(5) 医用粘合剂
粘合剂作为高分子材料中的一大类别 ，近年来， 它的应用领域已扩展到医疗卫生部门 。 目前 ， 医用粘 合剂在医学临床中有十分重要的作用 。在外科手术中， 医用粘合剂用于某些器官和组织的局部粘合和修补； 手术后缝合处微血管渗血的制止； 骨科手术小骨骼、 关节的结合与定位； 齿科手术中用于牙齿的修补 。在 计划生育领域中 ，用粘合剂粘堵输精管或输卵管 ， 既 简便 ，无痛苦感 ，又无副作用 ，必要时还可方便地重 新疏通。
由此可见 ， 当向人体植入高分子材料时 ， 除考虑 材料的物理 、化学性质外 ，还应充分考虑其形状因 素。
表
(4)具有抗血栓性 ，不会在材料表面凝血 (5)长期植入体内 ，不会减小机械强度
表6-3是一些高分子以纤维形式植入狗的动脉 后其机械强度的损失情况。
(6)能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性
可吸收止血材料
可吸收止血材料吸收性止血材料是一类可快速吸收体内流出液体的材料，广泛应用于外科手术、创伤处理、血管介入等医疗领域。
下面将介绍几种常见的可吸收止血材料。
1. 明胶（Gelatin）：明胶是以动物骨骼和皮肤为原料提取得到的蛋白质，具有良好的生物相容性。
它可以在体内吸收并逐渐转变为胶原，促进伤口愈合。
明胶可用于内、外科手术中不同部位的止血，如肝脏、脾脏、骨折或创伤等。
它在接触伤口后会膨胀成凝胶，有效地填补伤口，并通过血凝酶的作用加速止血。
2. 棉花（Cotton）：棉花是一种纤维状材料，可用于吸收伤口流出的血液。
棉花的纤维间隙较大，具有较强的吸液能力，能迅速吸收伤口渗出的血液，阻止血液外溢。
然而，由于棉花不能直接置于伤口表面，需要结合其他材料使用，如医用纱布或医用胶带。
3. 纱布（Gauze）：纱布是一种常用的吸液材料，广泛应用于外科手术和创伤处理。
它由支撑材料和负责吸收液体的纤维网构成。
常用的纱布种类有无纺布纱布、纯棉纱布、薄、厚纱布等。
纱布具有良好的松紧度和透气性，能有效吸收伤口的渗出液，并保持伤口的清洁。
在伤口止血时，纱布会浸透血液并形成一个血块，起到一定的止血效果。
4. 海绵（Sponge）：海绵是一种多孔的材料，具有良好的吸附性能。
它可用于吸收大量的血液和渗出液，有效保持伤口的清洁。
海绵常用于手术中的止血和吸引血液。
在手术中，医生会将海绵放置在手术区域，用来吸收术中出血和分泌物，减少感染的风险。
总的来说，可吸收止血材料在外科手术和创伤处理中起到了重要的作用。
它们能有效地吸收伤口流出的血液和渗出液，减少伤口感染和术后并发症的发生。
然而，在选择和使用可吸收止血材料时，医生需要根据患者情况和伤口特点进行综合考虑，以确保止血效果最佳。
最新医用高分子材料表征方法及原理
医用高分子材料表征方法及原理医用高分子材料是一类特殊用途的材料。
它们在使用过程中，常需与生物肌体、血液、体液等接触，有些还须长期植入体内。
由于医用高分子与人们的健康密切相关，因此对进入临床使用阶段的医用高分子材料具有严格的要求，要求有十分优良的特性。
归纳起来，一个具备了以下七个方面性能的材料，可以考虑用作医用材料。
（1）化学隋性，不会因与体液接触而发生反应人体环境对高分子材料主要有以下一些影响：1)体液引起聚合物的降解、交联和相变化；2)体内的自由基引起材料的氧化降解反应；3)生物酶引起的聚合物分解反应；4)在体液作用下材料中添加剂的溶出；5)血液、体液中的类脂质、类固醇及脂肪等物质渗入高分子材料，使材料增塑，强度下降。
但对医用高分子来说，在某些情况下，“老化”并不一定都是贬意的，有时甚至还有积极的意义。
如作为医用粘合剂用于组织粘合，或作为医用手术缝合线时，在发挥了相应的效用后，反倒不希望它们有太好的化学稳定性，而是希望它们尽快地被组织所分解、吸收或迅速排出体外。
在这种情况下，对材料的附加要求是：在分解过程中，不应产生对人体有害的副产物。
（2）对人体组织不会引起炎症或异物反应有些高分子材料本身对人体有害，不能用作医用材料。
而有些高分子材料本身对人体组织并无不良影响，但在合成、加工过程中不可避免地会残留一些单体，或使用一些添加剂。
当材料植入人体以后，这些单体和添加剂会慢慢从内部迁移到表面,从而对周围组织发生作用，引起炎症或组织畸变，严重的可引起全身性反应。
（3）不会致癌根据现代医学理论认为，人体致癌的原因是由于正常细胞发生了变异。
当这些变异细胞以极其迅速的速度增长并扩散时，就形成了癌。
而引起细胞变异的因素是多方面的，有化学因素、物理因素，也有病毒引起的原因。
当医用高分子材料植入人体后，高分子材料本身的性质，如化学组成、交联度、相对分子质量及其分布、分子链构象、聚集态结构、高分子材料中所含的杂质、残留单体、添加剂都可能与致癌因素有关。
医用高分子材料
医用高分子材料是 用以制造人体内脏、 体外器官、药物剂型及医疗器械的聚合物 材料。20年来，用于这方面的高分子材料 有聚氯乙烯、天然橡胶、聚乙烯、聚酰胺、 聚丙烯、聚苯乙烯、硅橡胶、聚酯、聚四 氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氨酯等。
医用高分子 材料
医用高分子材料的 基本要求
医用高分子材料的 基本特征
医用高分子材料的 发展趋势
一、医用高分子材料的基本要求
1、物理机械性能好、能够满足生理功能和使 用环境的要求 2、能耐受灭菌过程儿不致影响生物学性能 3、成型加工性能好，一家工程各种复杂形状 的 制品 4、同血液接触时，材料要有较好的抗凝血性，不引 起溶血，不造成血中蛋白质变性，不破坏血液的 有形成分
相同点外，还有因连接于大分子上而带来的各种高分 子效应和特性
三、生物医用材料的未来发展趋势
1、研究新的降解材料。今后研究发展的趋势是设计、 制作具有特殊功能的材料，如低模量、高柔顺性、 高强度材料 2、研究具有全面生理功能的人工器官和组织材料。 材料不仅是惰性植入体而且要具有生物活性。它 能引导和诱导组织、器官的修复和再生，在完成 上述任务后能自动降解排出体外，为此需要研究 新型降解材料
途径。制备生物梯度功能材料是医用材料表面改性、 提高膜和基结合力的方向
特殊性质
药物剂型性
药物的助剂：高分子材料本身是惰性的，不 参与药的作用，只起增稠、表面活性、崩 解、粘合、赋形、润滑和包装等作用，或 在人体内起“药库”作用，使药物缓慢放 出而延长药物作用时间。
聚合物药物：将低分子药物，以惰性水溶性 聚合物作分子载体，把具有药性的低分子 化合物，通过共价键或离子键与载体的侧 基连接，制成聚合物药物。
聚合物存在多重结构，即一次性结构、二次性结构 和三次性结构 3、高分子化合物的性质不仅与平均相对分子质量有 关，还与组分的不同相对分子质量的分布有关 4、高分子化合物的主链和侧链基上含有多种可以反 应的活性基团，如羧基、羟基、酯基、酰基键和 双键等。这些基团在化学反应活性上除了和小分 子化合物中的基团有
可吸收止血材料
可吸收止血材料可吸收止血材料是一种在医疗领域广泛应用的医用材料，它具有良好的生物相容性和可降解性，能够在组织修复过程中逐渐被吸收，不需要二次手术取出，因此备受医生和患者的青睐。
在临床上，可吸收止血材料被广泛用于手术止血、创面敷料、组织修复等方面，发挥着重要的作用。
一、可吸收止血材料的种类。
1.明胶海绵。
明胶海绵是一种常见的可吸收止血材料，它由动物皮肤或骨骼提取的胶原蛋白制成，具有良好的生物相容性和生物降解性。
明胶海绵在接触创面时能迅速吸收血液并形成凝块，起到止血作用。
此外，明胶海绵还能够促进伤口愈合，减少感染的发生。
2.聚乳酸。
聚乳酸是一种生物降解性材料，它能够在体内逐渐降解为二氧化碳和水，并被人体代谢排出。
聚乳酸材料具有良好的可塑性和可吸收性，适用于各种形状和大小的创面。
在临床上，聚乳酸常被用于手术止血、内窥镜手术、软组织修复等领域。
3.聚酮醚。
聚酮醚是一种高分子聚合物材料，具有优异的生物相容性和生物降解性。
聚酮醚材料在接触创面时能够迅速吸收血液并形成凝块，有效止血。
与此同时，聚酮醚材料还能够促进创面愈合，减少瘢痕形成。
二、可吸收止血材料的应用。
1.手术止血。
在外科手术中，创面的迅速止血对手术成功和患者恢复至关重要。
可吸收止血材料能够有效地吸收血液并形成凝块，帮助医生迅速止血，减少手术出血量，保障手术安全。
2.创面敷料。
在创面敷料中，可吸收止血材料能够吸收创面渗出的血液和组织液，促进创面愈合，减少感染的发生。
与传统敷料相比，可吸收止血材料具有更好的吸收性能和生物相容性，能够更好地保护创面。
3.组织修复。
在软组织修复和再生医学领域，可吸收止血材料被广泛应用。
它能够促进组织的再生和修复，减少瘢痕形成，提高治疗效果。
三、可吸收止血材料的发展趋势。
随着医疗技术的不断发展和人们对生物材料的需求不断增加，可吸收止血材料的研发和应用也在不断完善和拓展。
未来，可吸收止血材料将更加注重生物相容性、可降解性和功能性，推出更多种类、更高性能的产品，满足不同临床需求。
血液接触材料
所谓生物材料（Biomaterials)是指在生理环境中使用的高分子材料,是对生物体进行诊断、治疗和置换损坏的组织、器官或增进其功能的材料.虽然生物材料有着良好的应用前景，但在其临床实际应用中，由于这些医用装置往往直接或间接地导致凝血，使其在临床上的应用受到一定限制，其抗凝血性有待提高。
抗凝血性是人造心血管材料所必须具备的一种重要功能，举凡与血液接触的器械(如人工心脏/人工血管、人工瓣膜以及人工肺等),其材料应具有抗凝血性［5］。
因此如何提高抗凝血性一直是高分子生物材料研究的主要任务和中心内容.1984年日本高分子学会公布了对以后50年中高分子科学与技术50个重大课题的预测结果,其中抗凝血性高分子材料的研究被认为是科学意义和经济效益都将最大的课题之一。
生物相容性(Biocompatibility）是区别生物材料与其它材料的实质所在,包括血液相容性(Blood Com—patibility）和组织相容性（Tissue Compatibility)两个方面。
当血液与各种外来异物接触时，凝血系统就通过下列两种不同的过程发挥作用：a）凝血因子活化，导致纤维蛋白凝胶形成；b)血小板的粘附、释放和聚集，结果导致血小板血栓的形成血栓是指血液发生凝固或血液中的某些成份互相粘集，从而形成的固体质块（一般在活体的心脏或材料的生物相容性包括组织相容性和血液相容性.组织相容性是指活体与材接触时，组织不发生炎症、排拒、致癌、不发生生理反应，材料不发生钙沉积.血液相容性所包括的内容很复杂，但概括起来是不引起凝血和溶血现象。
早在60年代就已经发现，生物材料植入体内后,最早发生的是血浆蛋白质在材料表面的吸附（几秒钟内),生成蛋白质吸附层(厚度l0—20nm),而后才是血小板及凝血因子等在蛋白质吸附层上的活化，并分别导致血小板血栓和纤维蛋白凝胶的形成（在l—2min之内）。
血小板和凝血因子在蛋白质吸附层上的活化程度主要取决于蛋白质的组成和结构；而蛋白质的组成和结构又取决于高分子材料表面的组成和结构。
壳聚糖-白蛋白胶束用于构建血液接触材料表面仿生涂层
文章编号:1001-9731(2021)01-01214-07壳聚糖-白蛋白胶束用于构建血液接触材料表面仿生涂层*王倩1,李莉2,王焕然2,卞齐豪1,翁亚军2,陈俊英2(1.西南交通大学生命科学与工程学院,成都610031;2.西南交通大学材料科学与工程学院,成都610031)摘要:血管破裂时,血液系统参与凝血反应,起到止血作用㊂当植入材料与血液接触时会导致凝血级联响应,因此生物材料的血液相容性至关重要㊂基于纳米材料的独特性能,本研究中,壳聚糖(C S)在交联剂三聚磷酸钠(T P P)的作用下自组装形成C S-T P P胶束,通过静电相互作用在C S-T P P胶束表面接枝牛血清白蛋白(B S A),使其在C S-T P P胶束表面形成一层蛋白膜,研究其血液相容性㊂通过调整投料比及反应条件,可实现对胶束尺寸的控制㊂材料学表征结果显示,C S-T P P-B S A胶束的尺寸均一,形态稳定,分散性良好㊂随后将C S-T P P-B S A胶束通过多巴胺接枝于材料表面,血液试验证实该胶束涂层能够显著提高血液接触材料的血液相容性㊂该研究为血液接触生物材料的表面改性提供了一种新的手段㊂关键词:壳聚糖;牛血清白蛋白;自组装;胶束;血液相容性中图分类号: R318文献标识码:A D O I:10.3969/j.i s s n.1001-9731.2021.01.0320引言近年来,血液接触装置(如心血管支架㊁血管移植物㊁人工心脏瓣膜㊁体外膜氧合器电路以及体外循环电路等)在临床上取得了巨大进展,挽救了成千上万人的生命[1-3]㊂生物材料是用于开发和制造血液接触器件的基础,对生物材料进行设计使其功能化能够改善血液接触器件的性能㊂比如,经皮植入技术对生物材料提出了新的要求,这些被植入人体几个小时,甚至是终身植入的装置,应满足生物功能性㊁生物可调性及生物相容性的要求[4]㊂尽管生物材料科学研究取得了巨大进步,但医疗器械的植入仍面临诸多挑战,例如医疗器械的凝血问题,医疗器械植入人体与血液接触,发生非特异性血浆蛋白吸附,激活血小板,基于纤维蛋白原分子两端的血小板结合位点,活化血小板与吸附在材料表面的纤维蛋白原结合,血小板上存在多个纤维蛋白原受体使其在纤维蛋白原作用下与其他血小板发生聚集㊂此外,被激活的血小板会释放可溶性因子A D P和血栓素,从而刺激循环血小板形成更大的血小板聚集物㊂临床上通常使用抗血小板药物或抗凝剂来降低血栓形成的风险,这些药物能够实现抗凝,但会增加患者出血的风险,因此研究者们通过表面修饰抑制植入材料表面非特异性血浆蛋白吸附,但是,降低生物材料对血浆纤维蛋白原的吸附仍不能有效抑制血小板粘附[5]㊂很长一段时间内,永久性血液接触装置在很大程度上是不可能实现的,寻找血液兼容的生物材料一直是一个难题[6]㊂逐层自组装是一种利用相反电荷间静电相互作用制备多层纳米材料的方法[7],通过装载功能因子,如壳聚糖㊁透明质酸㊁肝素㊁生长因子㊁抗体及D N A等赋予生物材料抗凝㊁抗粘附㊁抗菌㊁促细胞粘附及基因治疗等功能[8-11]㊂但是,通过传统逐层自组装技术制备的纳米材料稳定性差,且负载的生物因子不能长期有效地发挥其生物功能㊂纳米材料的出现为血液接触材料创造了新的机会,研究者已经开发出各种聚合物,包括纳米颗粒㊁球状胶束㊁棒状胶束㊁蠕虫状胶束㊁纳米管以及多聚体等[12]㊂聚合物胶束作为嵌段共聚物的自组装体,是一种很有前途的药物和基因传递载体㊂聚合物胶束具有球形核壳结构,由两亲性嵌段共聚物在水溶液中自组装形成,疏水核为疏水治疗剂的包裹创造了装载空间,通过隔离进入疏水核增加疏水药物的溶解度,而亲水壳稳定胶束,抑制聚集,减少水解㊁酶解以及肾清除从而延长其在血液中的循环时间[13]㊂F a t e-m e h等[14]通过两步法提高镍钛合金的血液相容性和耐腐蚀性,将壳聚糖-肝素纳米颗粒涂覆于阳极氧化后的镍钛合金表面㊂研究表明,壳聚糖-肝素纳米颗粒涂层抑制镍离子的释放,同时,纳米颗粒涂层控制肝素的释放从而显著改善血液相容性㊂胶束由于其在各领域的巨大贡献引起了人们的关注,特别是在其用于药物递送领域㊂胶束不仅可以保护生物活性成分不受到外界环境的干扰,同时还提高药物的稳定性,将药物靶向递送到病灶部位,实现药物的可控释放,减少药物的毒副作用㊂越来越多的天然和合成材料用于胶束的制备,壳聚糖是一种天然聚合物,具有生物活性㊁生物可412102021年第1期(52)卷*基金项目:国家自然科学基金资助项目(31870955,31470921);国家重点研发资助项目(S Q2019Y F C110049)收到初稿日期:2020-07-01收到修改稿日期:2020-08-28通讯作者:陈俊英,E-m a i l:c h e n j y@263.n e t作者简介:王倩(1995 ),女,云南昆明人,硕士研究生,师承陈俊英教授,从事心血管支架材料表面改性研究㊂降解性和生物相容性,其在水溶液中带正电荷,具有很强的静电相互作用,能够与三聚磷酸钠在水溶液中自组装形成C S -T P P 胶束[15]㊂C S -T P P 对人肝癌细胞系B E L 7402的体内外抗肿瘤作用优于壳聚糖分子[16]㊂J a ya k u m a r 等人[17]也对C S -T P P 对紫杉醇的负载作用进行了评估,发现它们有效降低了紫杉醇的毒副作用同时保持了其抗肿瘤活性㊂牛血清白蛋白作为一种无毒㊁无免疫原性㊁低成本㊁生物相容性良好和可生物降解的内源性物质而受到广泛关注,其具有形成凝胶和乳液的独特功能特性,是生物活性化合物的首选包封剂[18]㊂壳聚糖和牛血清白蛋白都是理想的给药系统,通过控制制备的条件,如p H ㊁离子强度㊁温度以及蛋白质和多糖的浓度等可以调控蛋白质和多糖之间的相互作用,以此得到不同粒径的胶束[19]㊂已有研究证实由壳聚糖和白蛋白等天然聚合物自组装形成的胶束可用于生物活性化合物的包封和释放[20]㊂目前壳聚糖和白蛋白自组装制备胶束多是用于抗癌药物的递送,尚未出现这种胶束对材料进行改性的报道㊂本研究通过改变反应物浓度㊁p H 等反应条件,将壳聚糖㊁三聚磷酸钠和牛血清白蛋白进行了大量的自组装实验,最终获得了C S -T P P -B S A 胶束,通过材料学表征测定胶束的尺寸㊁电位㊁形态与结构等,通过多巴胺将胶束结合到材料表面,探究胶束改性前后材料对血小板黏附㊁溶血及血栓形成的影响,为C S -T P P -B S A 胶束在改善生物材料的血液相容性方面提供了新的思路㊂1 实 验1.1 材料与设备壳聚糖(C S ,a l a d d i n ),三聚磷酸钠(T P P ,a l a d d i n ),牛血清白蛋白(B S A ,a l a d d i n ),冰醋酸,0.1m o l /L H C L (自配),0.1m o l /L N a O H (自配),0.9%N a C l 生理盐水(科伦),去离子水(a l a d d i n )等㊂pH 计㊁磁力搅拌器㊁马尔文激光粒度仪㊁Q u a n t a200型场发射扫描电子显微镜㊁J E M -2100F 场发射透射电镜㊁接触角测试仪D S A 100(K r üs s ,H a m b u r g,G e r m a -n y)㊁傅里叶变换红外光谱㊁酶标仪㊁倒置荧光显微镜㊁恒温水浴锅㊁冷冻干燥机等㊂1.2 实验方法1.2.1 C S -T P P -B S A 纳米胶束的制备将壳聚糖加入0.5%(质量分数)的冰醋酸溶液中搅拌3h ,配制成1m g/m L 的壳聚糖溶液,使用0.1N a O H 调节溶液p H 为5.00,将T P P 加入U P 水中溶解,配制成1m g /m L 的T P P 溶液,使用0.1H C L 调节溶液p H 为5.00,按照1ʒ4的体积比将T P P 溶液滴加入壳聚糖溶液中,搅拌1h 形成C S -T P P 胶束㊂将壳聚糖-三聚磷酸钠(C S -T P P )胶束与牛血清白蛋白以1ʒ4的浓度比混合,在90ħ条件下反应1h ,待溶液冷却后使用0.1m o l /L N a O H 调节p H 至5.95,再使用磁力搅拌0.5h ,壳聚糖-三聚磷酸钠胶束能够在特定p H 值下与高温变性的牛血清白蛋白交联形成粒径均匀的壳聚糖-三聚磷酸钠-牛血清白蛋白(C S -T P P -B S A )胶束㊂图1 (a )壳聚糖的化学结构式;(b )壳聚糖-三聚磷酸钠胶束(C S -T P P )的自组装原理F i g 1C h e m i c a l s t r u c t u r a l f o r m u l a f o r c h i t o s a na n d s e l f -a s s e m b l yp r i n c i p l e o f c h i t o s a n -s o d i u mt r i p o l y ph o s -ph a t em i c e l l e s (C S -T P P)图2 壳聚糖-三聚磷酸钠-牛血清白蛋白胶束(C S -T P P -B S A )的制备原理图F i g 2S c h e m a t i cd i a g r a m o f p r e p a r a t i o no f c h i t o s a n -s o d i u mt r i p o l y p h o s ph a t e -b o v i n es e r u m a l b u m i n m i c e l l e (C S -T P P -B S A )51210王 倩等:壳聚糖-白蛋白胶束用于构建血液接触材料表面仿生涂层1.2.2 功能化胶束引入材料表面将玻璃片用玻璃刀切成1c mˑ1c m 大小作为基底材料,用乙醇和R O 水分别超声清洗3遍,每次5m i n ,吹干备用㊂将切好且清洗好的玻璃片置于大的玻璃培养皿中,加入多巴胺-盐酸盐(2m g/m L )的T r i s 缓冲液(pH=8.50)使之没过基底材料表面,于37ħ下反应过夜,将反应后的多巴胺溶液倒出,用R O 水超声清洗,每次5m i n 以除去材料表面弱结合的多巴胺,将沉积了多巴胺涂层的玻璃片浸没在C S -T P P 和C S -T P P -B S A 溶液中12h ,用R O 水清洗干净后烘干待用㊂图3 功能化胶束在聚多巴胺表面固定示意图F i g 3T h e f u n c t i o n a l i z e dm i c e l l e s g r a f t e do n t h e s u r f a c e o f p o l y d o pa m i n e 1.2.3 牛血清白蛋白结合前后的壳聚糖-三聚磷酸钠胶束的水合粒径及Z e t a 电位取等量制备好的C S -T P P 和C S -T P P -B S A 溶液,在马尔文激光粒度仪中对两组样品的水合粒径和Z e t a 电位进行检测㊂1.2.4 牛血清白蛋白结合前后的壳聚糖-三聚磷酸钠胶束的扫描电镜图(S E M )将接枝到多巴胺涂层玻璃片表面的C S -T P P 和C S -T P P -B S A 纳米颗粒放置于-4ħ环境中冷冻2h ,当材料表层液体结冰之后迅速将其从冰箱中取出,放置于冷冻干燥机中真空干燥,冷冻干燥后使用导电胶粘贴到扫描电镜专用托盘上喷金处理,置于扫描电镜真空腔内扫描其表面形态㊂1.2.5 牛血清白蛋白结合前后的壳聚糖-三聚磷酸钠胶束的透射电镜图(T E M )将制备好的浓度为0.1m g /m L 的C S -T P P 和C S -T P P -B S A 胶束滴加到铜网表面,室温条件下自然晾干,置于透射电镜的真空腔内观察其结构㊂1.2.6 牛血清白蛋白结合前后的壳聚糖-三聚磷酸钠胶束的激光扫描共聚焦(L S C M )采用激光扫描共聚焦显微镜表征壳聚糖在C S -T P P -B S A 胶束中的分布位置,使用荧光素异硫氰酸酯(F I T C )标记的壳聚糖进行样品的制备,将最终产物C S -T P P 和C S -T P P -B S A 分别进行L S C M 表征㊂1.2.7 牛血清白蛋白结合前后的壳聚糖-三聚磷酸钠胶束的傅里叶变换红外光谱(F T I R )取少量C S -T P P 和C S -T P P -B S A 胶束溶液进行冷冻干燥,干燥完毕后将二者的粉末分别与溴化钾在干燥环境下研磨,压制成片,之后用傅里叶变换红外光谱仪进行检测㊂1.2.8 牛血清白蛋白结合前后的壳聚糖-三聚磷酸钠胶束的X 射线能谱(E D S)分析 将制备好的浓度为0.1m g /m L 的C S -T P P 和C S -T P P -B S A 胶束溶液滴加到铜网表面,室温条件下自然晾干,置于透射电镜的真空腔内利用其E D S 附件对纳米胶束进行面分析来确定其成分㊂1.2.9 牛血清白蛋白结合前后的壳聚糖-三聚磷酸钠胶束的水接触角将空白玻璃片㊁接枝C S -T P P 涂层玻璃片和接枝C S -T P P -B S A 涂层的玻璃片进行水接触角测量㊂1.2.10 牛血清白蛋白结合前后的壳聚糖-三聚磷酸钠胶束对血小板粘附的影响将接枝到多巴胺涂层玻璃片表面的C S -T P P 和C S -T P P -B S A 样品置于24孔板中㊂取抗凝兔血于1350r p m 离心15m i n ,取上清液即为富血小板血浆(P l a t e l e t r i c h p l a s m a ,P R P ),每孔加入500μL 富板浆浸没样品表面,于37ħ孵育45m i n 后P B S 清洗3次,用2.5%戊二醛固定过夜,将固定好的样品用P B S 清洗3次,用罗丹明溶液避光染色15m i n 再用P B S 避光清洗3次,依次浸泡在50%㊁75%㊁90%㊁100%的无水乙醇中脱水,每次15m i n,用荧光显微镜观察其数量㊂1.2.11 牛血清白蛋白结合前后的壳聚糖-三聚磷酸钠胶束的溶血实验用生理盐水将新鲜人全血稀释至2%的浓度,阳性对照组使用R O 水进行稀释,阴性对照组使用生理盐水进行稀释;将制备好的样品置于24孔板中,每孔加入500μL 稀释后的人全血,置于37ħ恒温水浴锅中孵育1h ,分别吸取孵育后的样品浸没液加入T C P 管中,以1000r /m i n 的速度离心10m i n ,吸取上清液置于96孔板中,用酶标仪在540n m 波长下测定吸光度值,并且计算其溶血率㊂溶血率=[(A -B )]/[(C -B )]ˑ100%(1)式中:A 为实验组的吸光度值;B 为阴性对照组的吸光度值;C 为阳性对照组的吸光度值㊂判断标准:当溶血率低于5%时,说明材料符合植入材料的标准要求;当溶血率高于5%,说明材料有溶血性,不符合植入材料的标准要求㊂1.2.12 牛血清白蛋白结合前后的壳聚糖-三聚磷酸钠胶束对血栓吸附的影响将制备好的样品置于24孔板中,每孔加入400μL 抗凝兔血,于37ħ孵育45m i n 后,用P B S 清洗样品,用2.5%戊二醛固定,观察材料的抗血栓吸附性能㊂612102021年第1期(52)卷2结果与讨论2.1牛血清白蛋白结合前后的壳聚糖-三聚磷酸钠胶束的水合粒径及Z e t a电位由图4A的粒径图可以得知C S-T P P的粒径为334.1n m,C S-T P P-B S A的粒径为410.1n m,在牛血清白蛋白结合前后粒径发生了变化,可能是因为牛血清白蛋白的引入增大了胶束的粒径㊂对C S-T P P-B S A 的稳定性进行了检测,通过测试1h到42h的粒径变化可以看出胶束发生一定程度的聚集,在6h之后胶束的粒径不再发生较大的改变,说明胶束具有较好的稳定性㊂通过Z e t a电位分析可以看出C S-T P P的Z e t a 电位为9.74m V,C S-T P P-B S A的Z e t a电位为12.8m V,在牛血清白蛋白接枝后纳米胶束的电荷数升高㊂Z e t a电位的绝对值越高体系越稳定,即溶解或分散可以抵抗聚集,反之,Z e t a电位的绝对值越低,此时吸引力大于排斥力,体系分散被破坏因此易于发生凝结或凝聚,因此可以说明牛血清白蛋白的引入增强了胶束的稳定性㊂2.2牛血清白蛋白结合前后的壳聚糖-三聚磷酸钠胶束的扫描电镜图由图4B中的扫描电镜图(b1)㊁(b2)可以看出C S-T P P的粒径为三百多纳米,由(b3)㊁(b4)可以看出C S-T P P-B S A的粒径大概为400n m左右,符合D L S的测试结果㊂在C S-T P P的扫描电镜(b1)㊁(b2)中,因为制备的C S-T P P溶液没有接枝在多巴胺表面直接涂覆于材料表面,溶液中除了C S-T P P胶束外还存在大量未形成胶束的壳聚糖溶液,所以扫描电镜下观察到的胶束被壳聚糖溶液覆盖导致S E M图像没有颗粒分明㊂图4B(b3)㊁(b4)中C S-T P P-B S A通过多巴胺接枝在材料表面,可以观察到C S-T P P-B S A为大小均一的圆球形颗粒,形态稳定,且均匀分散于材料表面㊂2.3牛血清白蛋白结合前后的壳聚糖-三聚磷酸钠胶束的透射电镜图在图4C(c1)㊁(c2)的T E M图像中可以观察到C S-T P P胶束在溶液中不稳定,容易形成一些相互连接的团聚体,一些没有发生团聚的C S-T P P可以看出C S-T P P胶束的结构为三百多纳米的球形结构㊂在图4C(c3)㊁(c4)的T E M图像中可以观察到C S-T P P-B S A胶束在溶液中可以稳定存在,且大小㊁形态均一,不易发生团聚,分散性较好㊂通过对单个C S-T P P-B S A胶束进行观察,可以发现在胶束表面有一层颜色较浅的包覆层,与C S-T P P胶束相比,其粒径增大,说明白蛋白在C S-T P P表面成功包覆后,粒径增大㊂图4 A.C S-T P P和C S-T P P-B S A的水合粒径及Z e t a电位;B.C S-T P P和C S-T P P-B S A的扫描电镜图;C.C S-T P P和C S-T P P-B S A的透射电镜图F i g4T h e p a r t i c l e s i z e a n dZ e t a p o t e n t i a l o fC S-T P Pa n dC S-T P P-B S A,a n ds c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y a n dt r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p y o fC S-T P Pa n dC S-T P-B S A2.4牛血清白蛋白结合前后的壳聚糖-三聚磷酸钠胶束的激光扫描共聚焦(L S C M)荧光图由图5(A)可以看到C S-T P P和C S-T P P-B S A的激光扫描共聚焦荧光图,因为C S-T P P未接枝在多巴胺涂层表面,且C S-T P P本身不稳定容易发生团聚,从而出现大片黏连的情况,因此经过F I T C标记的壳聚糖显示出大片荧光,而C S-T P P-B S A的荧光明显减少,可能是由于白蛋白包覆在C S-T P P表面导致经F I T C标记的壳聚糖被白蛋白包裹无法显示荧光,间接证明了白蛋白接枝在C S-T P P胶束表面㊂2.5牛血清白蛋白结合前后的壳聚糖-三聚磷酸钠胶束的X射线能谱(E D S)分析从图5(B)中C S-T P P和C S-T P P-B S A的E D S 面扫描结果中可以很直观的观察到胶束表面的元素变化,因为壳聚糖和三聚磷酸钠中均无硫元素存在,因此在C S-T P P的E D S元素分布图中没有S元素分布,C㊁N㊁O元素的荧光分布较弱,推测可能是由于壳聚糖在三聚磷酸钠的交联作用下形成胶束导致基团被自组装71210王倩等:壳聚糖-白蛋白胶束用于构建血液接触材料表面仿生涂层在胶束内部,因此表面元素荧光分布较少㊂引入B S A 后,由于B S A中二硫键和巯基中硫元素的存在,因此在C S-T P P-B S A胶束表面检测出S元素分布,同时观察到C㊁N㊁O元素荧光分布增强,说明B S A的引入增强了其荧光强度,进一步证明B S A包覆于C S-T P P胶束的表面㊂图5(a)C S-T P P和C S-T P P-B S A的激光扫描共聚焦(L S C M)荧光图;(b)C S-T P P和C S-T P P-B S A的E D S面扫描结果图F i g5L a s e r s c a n n i n g c o n f o c a l(L S C M)f l u o r e s c e n c e a n dE D Sm a p p i n g r e s u l t s o fC S-T P Pa n dC S-T P P-B S A2.6牛血清白蛋白结合前后的壳聚糖-三聚磷酸钠胶束的傅里叶变换红外光谱(F o u r i e rT r a n s f o r mi n-f r a r e d s p e c t r o s c o p y,F T I R)利用红外光谱对牛血清白蛋白㊁壳聚糖㊁三聚磷酸钠和C S-T P P-B S A胶束进行了表征,对光谱基线进行校正和归一化后得到图6结果㊂通过对比光谱发现,在C S-T P P-B S A的红外光谱中可以观察到壳聚糖的特征吸收峰㊂在壳聚糖的红外光谱中3750c m-1到3300c m-1范围内宽而强的峰可归因于O-H的伸缩振动,N-H的分子间氢键的吸收峰在3446c m-1,C =O振动对应的酰胺Ⅰ带吸收峰在1650c m-1处,在1594c m-1处观察到从酰胺I和I I延伸的N-H㊂在N-H变形和C-N伸缩振动的共同作用下,会在1332c m-1和1089c m-1处观察到酰胺Ⅲ带和C=O 产生的条带㊂在T P P的红外光谱中,主要观察到P= O㊁P O2㊁P O3分别在1220㊁1148和1080c m-1处拉伸,以及在900c m-1处P O键随P O P的反对称拉伸㊂在C S-T P P-B S A中,P=O㊁P O2和P O3分别在1220㊁1148和1080c m-1处存在,证明了壳聚糖掺入T P P,大约3400c m-1处O-H伸缩振动产生的峰值趋于扩大,这是由于氢键间约束力增加,酰胺Ⅱ带N-H峰值由1594c m-1位移至1567c m-1㊂在1420c m-1处,由于羰基的极化增强导致C H2的角变形峰明显增强㊂在750c m-1以下还观察到由于络合构象的限制使得T P P的骨架振动模式减少或消失,从而说明氨基与三聚磷酸钠分子之间发生了相互作用㊂有研究表明,当壳聚糖和牛血清白蛋白之间发生静电相互作用或者形成氢键时会使其在1650c m-1和1332c m-1处的C= O和N-H组的峰值与纯壳聚糖相比有所减少㊂通过对制备的C S-T P P-B S A胶束进行红外光谱普进行对比分析,发现由于壳聚糖多糖阳离子与牛血清白蛋白聚阴离子间的静电相互作用导致壳聚糖的O-H㊁C= O和NH2在C S-T P P-B S A上的特征吸收由高波数向低波数发生偏移,进一步证明了C S-T P P-B S A的成功制备㊂图6 C S-T P P和C S-T P P-B S A的F T I R结果图F i g6F T I Rr e s u l t o fC S-T P Pa n dC S-T P P-B S A2.7牛血清白蛋白结合前后的壳聚糖-三聚磷酸钠胶束的水接触角(W a t e rC o n t a c tA n g l e,W C A)图7是不同样品的水接触角结果,经过观察可以看出玻璃片表面的水接触角为63.3ʎʃ1.00ʎ,在玻璃片表面沉积多巴胺之后水接触角变为61.4ʎʃ0.23ʎ,可能812102021年第1期(52)卷是因为沉积多巴胺增大了玻璃片表面的粗糙度,同时由于亲水性基团氨基的引入导致材料的亲水性增高,从而水接触角减小㊂在多巴胺涂层表面接枝C S -T P P后水接触角变为56.5ʎʃ0.90ʎ,因为壳聚糖中氨基的引入使材料表面的亲水性进一步提高㊂在多巴胺涂层表面接枝C S -T P P -B S A 后水接触角变为55.6ʃ1.05ʎ,可能是因为白蛋白的引入增加了亲水性基团氨基和羧基的含量,但是白蛋白通过羧基与壳聚糖的氨基通过静电相互作用消耗了一部分的亲水性基团,因此材料的亲水性几乎没有发生改变㊂图7 C S -T P P 和C S -T P P -B S A 的W C A 结果图F i g 7W CAr e s u l t o fC S -T P Pa n dC S -T P P -B S A 2.8 牛血清白蛋白结合前后的壳聚糖-三聚磷酸钠胶束对血液相容性的影响图8(a)为血小板在各种样品表面的静态粘附荧光结果图,通过荧光染色的结果可以看出沉积了多巴胺涂层的材料表面粘附的血小板数量明显多余光滑的玻璃片表面粘附的血小板数量,主要原因是多巴胺涂层表面存在大量有利于血小板粘附和激活的反应性基团,如酚羟基和醌基等㊂在接枝了C S -T P P 之后,由于壳聚糖良好的凝血性能促进了血小板在C S -T P P 涂层表面的粘附,而接枝了C S -T P P -B S A 的涂层表面血小板的粘附量显著降低㊂图8(b )显示的是样品材料对于血栓的吸附情况,由数码拍照图可以很直观的观察到空白玻璃片表面对于血栓具有较强的吸附性,在接枝了C S -T P P 涂层之后,材料对于血栓的吸附性显著降低,而接枝C S -T P P -B S A 的材料表面具有更加优越的抗血栓吸附性能㊂图8(c )为溶血实验结果的数码拍照图,通过观察发现除了阳性对照组发生了溶血现象,其他组均未出现明显的溶血现象㊂根据图8(d )的溶血率统计图可以看出阴性对照组的溶血率为0,阳性对照组的溶血率为100,C S -T P P 和C S -T P P -B S A的溶血率均低于5%,且C S -T P P -B S A 的溶血率低于C S -T P P 的溶血率,说明材料均不具有溶血性㊂综上所述,C S -T P P -B S A 胶束能显著改善生物材料表面的抗血小板及血栓吸附性能,具有良好的血液相容性,符合生物材料的植入标准要求㊂图8 (a )C S -T P P 和C S -T P P -B S A 对血小板的粘附荧光图;(b )C S -T P P 和C S -T P P -B S A 的溶血实验结果;(c)C S -T P P 和C S -T P P -B S A 的血栓吸附实验结果F i g 8F l u o r e s c e n c e o f p l a t e l e t a d h e s i o nb e t w e e nC S -T P Pa n dC S -T P -B S Aa n dh e m o l ys i s t e s t a n d t h r o m b u s a d -s o r p t i o ne x pe r i m e n t s r e s u l t s o fC S -T P Pa n dC S -T P P -B S A 3 结 论(1)本研究将壳聚糖在交联剂三聚磷酸钠的作用下在水溶液中自组装形成C S -T P P 胶束,由于壳聚糖带正电荷,牛血清白蛋白带负电荷,二者在通过静电相互作用力结合形成410n m 左右大小均一㊁形态稳定且分散性良好的C S -T P P -B S A 胶束㊂(2)通过多巴胺将C S -T P P -B S A 胶束接枝在血液接触材料表面形成胶束涂层,经过C S -T P P -B S A 改性后的材料表面亲水性提高,且在与血液接触时能够抗血小板粘附以及抗血栓粘附,不会发生溶血现象,具有良好的血液相容性㊂91210王 倩等:壳聚糖-白蛋白胶束用于构建血液接触材料表面仿生涂层参考文献:[1]J a f f e r IH,W e i t z J I.T h eb l o o dc o m p a t i b i l i t y c h a l l e n g e.P a r t1:b l o o d-c o n t a c t i n g m e d i c a l d e v i c e s:t h e s c o p e o f t h e p r o b l e m[J].A c t aB 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血液接触材料和血液相容性Bloodconatctmaterialsandblood
2.4. 表面负载抗凝血活性物质的抗凝血材料
PEO空间桥梁
活性分子
PS
第三类 层-层组装负载生物活性物质
制备方法简单 对基材的组成、形状无特殊 的要求 制备环境温，可适用于多糖、 蛋白质 、 DNA 等多数生物活 性大分子 具有足够的生物稳定性 一种理想的、可实现的生物大分子自组织表面设计手段！
POLYMER MATRIX
"Blends of Stearyl Poly (ethylene oxide) Coupling-polymer in Chitosan as coating materials for polyurethane Intravascular Catheters", J. Biomed. Mater. Res., 2001, 58(4): 372-383
RBC (physical, biochemical
Platelet interaction Adhesion Non Adhesive impacts Release Rxn PF3, TxA2,ADP Adherent aggregates
二.血液相容性材料表面 血液相容性材料表面设计的基本策略： 其一是尽量减少高分子材料表面和血液中各种成 份的相互作用, 即制备和血液成份的相互作用很 小的“生物惰性材料”。 具有微相分离结构的嵌段共聚物表面、 带负电荷表面的聚合物、 含聚氧乙烯(PEO)链的共聚物表面 其二是控制高分子材料表面和血液的相互作用。 表面负载生物活性的抗凝血高分子材料 , 利用材料表面生物活性物质和血液成份的相互作 用来实现所需的抗血栓性能。
2.1 微相分离结构表面 实验证据： Takahara等还用含有不同亚甲基数的脂肪 族二胺作扩链剂合成了一系列嵌段聚醚聚氨酯(SPEU),发 现SPEU表面的血小板粘附量与二胺中的亚甲基数间存在 呈锯齿形的关系:即二胺中亚甲基为偶数的SPEU比亚甲基 为奇数的SPEU具有较好的血液相容性。红外分析，DSC 分析也显示与奇数亚甲基二胺对应的SPEU即软段和硬段 微区间的相混合程度较大。 因此,血液相容性与扩链剂中亚甲基数的锯齿形关系本 质上还是和软硬链段间的微相分离程度有关。
血液接触材料和血液相容性
Question：凝血为什么只局限于创伤处而不扩展到整个血液系统？
血小板聚集和凝血过程
人体受到轻微的撞击
血管受到小的损伤
胶原纤维暴露在血液中
血小板粘附到损伤部位
血小板变扁形成“伪足”，覆盖更多面
积
“伪足”收缩使血小板脱粒，释放很多种化学物
血液接触材料和血液相容性 Blood conatct materials and blood compatibility
Cardiovascular devices
一.材料--血液的相互作用
1.1.凝血和抗凝血的自然机制
血液是由血细胞和血浆构成的一种特殊流体，当血液在由内皮细胞作为内壁的 血管中正常流动时，一般不会出现凝血现象。一旦血管内壁受到损伤，引起出 血，使血液和内皮细胞下的组织发生接触时，生命体系将自动“开启”内部的 凝血系统，在损伤部位及时止血。
血栓
凝血级联反应控制点
• 钙离子 用EDTA等使钙离子沉淀或螯合是一种在体外保存血液而不导致凝血的
有效方法。 • 凝血酶 凝血共同途径和反馈环节的关键因素 抗凝血酶－降低凝血酶的活性 肝素：本身没有抗凝血性，但能与抗凝血酶Ⅲ（AT Ⅲ）结合形成 肝素－AT Ⅲ复合物，能有效降低凝血酶的活性，使因子X失活。 ——向患者提供额外的肝素是临床抗凝血的通常策略。 内皮细胞（内皮细胞表面的内皮细胞膜蛋白与凝血酶结合） • 凝血因子 因子X是内源性途径和外源性途径之间的一个共同点 因子Ⅷ的缺乏——血友病（通过注射因子Ⅷ来治疗）
血液与外物表面接触
凝血级联过程
………………... …………………..
因子Ⅻ激活 内源性途径
探究医用高分子材料的血液相容性
探究医用高分子材料的血液相容性材料一班杨素位101630一、医用高分子材料简介：医用医用高分子材料则是生物医用材料中的重要组成部分，主要用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断检查、患疾治疗等医疗领域。
众所周知，生物体是有机高分子存在的最基本形式，有机高分子是生命的基础。
动物体与植物体组成中最重要的物质——蛋白质、肌肉、纤维素、淀粉、生物酶和果胶等都是高分子化合物。
因此，可以说，生物界是天然高分子的巨大产地。
高分子化合物在生物界的普遍存在，决定了它们在医学领域中的特殊地位。
在各种材料中，高分子材料的分子结构、化学组成和理化性质与生物体组织最为接近，因此最有可能用作医用材料。
医用高分子材料是一类特殊用途的材料。
它们在使用过程中，常需与生物肌体、血液、体液等接触，有些还须长期植入体内。
由于医用高分子与人们的健康密切相关，因此对进入临床使用阶段的医用高分子材料具有严格的要求，要求有十分优良的特性。
归纳起来，一个具备了以下七个方面性能的材料，可以考虑用作医用材料。
（1）化学隋性，不会因与体液接触而发生反应（2）对人体组织不会引起炎症或异物反应（3）不会致癌（4）具有良好的血液相容性（5）长期植入体内不会减小机械强度（6）能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性（7）易于加工成需要的复杂形状。
医用高分子材料研发过程中遇到的一个巨大难题是材料的抗血栓问题。
当材料用于人工器官植入体内时，必然要与血液接触。
由于人体的自然保护性反应将产生排异现象，其中之一即为在材料与肌体接触表面产生凝血，即血栓，结果将造成手术失败，严重的还会引起生命危险。
对高分子材料的抗血栓性研制是医用高分子研究中的关键问题，至今尚未完全突破。
将是今后医用高分子材料研究中的首要问题。
所以本文主要就医用高分子材料的血液相容性进行探究。
二、凝血现象的产生原理凝血现象是血液在高分子材料表面上的凝固是材料与血液相互作用的结果。
当血液在以内皮细胞为内壁的血管中正常流动时，一般不出现凝血现象。
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所谓生物材料(Biomaterials)是指在生理环境中使用的高分子材料,是对生物体进行诊断、治疗和置换损坏的组织、器官或增进其功能的材料。
虽然生物材料有着良好的应用前景，但在其临床实际应用中，由于这些医用装置往往直接或间接地导致凝血，使其在临床上的应用受到一定限制，其抗凝血性有待提高。
抗凝血性是人造心血管材料所必须具备的一种重要功能，举凡与血液接触的器械(如人工心脏/人工血管、人工瓣膜以及人工肺等)，其材料应具有抗凝血性[5]。
因此如何提高抗凝血性一直是高分子生物材料研究的主要任务和中心内容。
1984年日本高分子学会公布了对以后50年中高分子科学与技术50个重大课题的预测结果，其中抗凝血性高分子材料的研究被认为是科学意义和经济效益都将最大的课题之一。
生物相容性(Biocompatibility)是区别生物材料与其它材料的实质所在,包括血液相容性(Blood Com-patibility)和组织相容性(Tissue Compatibility)两个方面。
当血液与各种外来异物接触时,凝血系统就通过下列两种不同的过程发挥作用:a)凝血因子活化,导致纤维蛋白凝胶形成;b)血小板的粘附、释放和聚集,结果导致血小板血栓的形成血栓是指血液发生凝固或血液中的某些成份互相粘集,从而形成的固体质块(一般在活体的心脏或材料的生物相容性包括组织相容性和血液相容性。
组织相容性是指活体与材接触时，组织不发生炎症、排拒、致癌、不发生生理反应，材料不发生钙沉积。
血液相容性所包括的内容很复杂，但概括起来是不引起凝血和溶血现象。
早在60年代就已经发现,生物材料植入体内后,最早发生的是血浆蛋白质在材料表面的吸附(几秒钟内),生成蛋白质吸附层(厚度l0-20nm),而后才是血小板及凝血因子等在蛋白质吸附层上的活化,并分别导致血小板血栓和纤维蛋白凝胶的形成(在l-2min之内)。
血小板和凝血因子在蛋白质吸附层上的活化程度主要取决于蛋白质的组成和结构;而蛋白质的组成和结构又取决于高分子材料表面的组成和结构。
这就说明高分子材料的凝血或抗凝血性能是通过表面对血浆蛋白的吸附间接表现出来的。
血液与一般材料接触会发生凝结，因此我们下面先讨论凝血的机理。
血液凝固是指血浆由流动状态变为胶冻状态的全过程。
它是一个复杂的生物化学变化过程(如图1.3所示)。
图1.3生物材料表面与血液成分的相互作用对于血液的凝固，人体内存在两个对立的系统：一是促进血液凝固和血栓形成的凝血系统，主要包括血小板和存在于血浆或血清中的所有凝血因子；二是阻止血液凝固和消除血栓的抗凝血系统，主要由肝素、抗凝血酶以及使纤维蛋白凝胶降解的纤溶系统所组成。
当血液与异物接触时，凝血系统就通过以下三个主要步骤来起作用：4①凝血酶的形成[8]1)内在途径(Intrinsic Pathway)此途径起始于激肽释放酶前体和高分子量激肽酶原形成激肽释放酶，而激肽释放酶具有低的酶活性，会将凝血因子Ⅶ转化为凝血因子Ⅶa。
而凝血因子Ⅶa又可以水解更多的激肽释放酶前体，成为激肽释放酶，两者形成交互的活化作用。
因此，血液和材料接触后，在很短的时间内，就会引发一个蛋白质的循环反应，使得材料表面含有大量的凝血因子Ⅶa。
当钙离子存在时，HWMK还会和凝血因子Ⅵ结合成复合物，而凝血因子Ⅶa和此复合体会发生酶反应，将复合体中的凝血因子Ⅵ转化为凝血因子Ⅵa。
凝血因子Ⅵa可以活化凝血因子Ⅸ成为凝血因子Ⅸa。
值得注意的是，在所有的活化反应中都涉及一含有GIa的酶原(凝血因子Ⅱ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅶ)参与，而且会因钙离子使用殆尽而停止。
在血小板凝血因子Ⅲ、钙离子及凝血因子Ⅴa存在的情况下，凝血因子Ⅹa会催化凝血酶原转化为凝血酶的酶反应。
2)外在途径(Extrinsic Pathway)外在途径是由受伤组织释放组织凝血因子(Tissue Factor)所引发及凝血因子的。
凝血因子Ⅶ被活化，被活化的凝血因子Ⅶa接着活化凝血Ⅸ及凝血因子Ⅹ，而组织凝血因子在凝血因子Ⅶa催化凝血因子Ⅹ的活化作用中作为辅因子，此后，凝血酶的产生方式与内部途径相似。
起初内在途径和外在途径的活化机制不同，而Ⅹa则为两者之间提供了一个连接点，使两个途径最终又汇在了一起，形成一个共同的途径，之后，Ⅹa将凝血酶原(凝血因子Ⅱ)活化为凝血酶(凝血因子Ⅱa)，并最终形成凝血。
②血小板的活化[9]正常的血小板是处于未激发活化的状态。
在凝血的过程中，血小板受到凝血因子ⅩⅢa的活化而吸附在材料表面。
这是一个极其复杂的现象，它包括血小板外形的改变、内含物的释放和聚集。
在凝血酶和细胞膜的接收器共同的作用下，启动了血小板的活化过程，而蛋白激酶C将血小板蛋白质加以磷酸化，通过这一反应造成血小板释放出其内部的内含物、ADP以及造成血小板的变形，而ADP将对血小板的表面进行修饰，诱导1绪论血纤维蛋白原与血小板表面的两种糖蛋白复合体结合。
随后，血纤维蛋白原分子会将临近的血小板彼此串连在一起，因而形成血小板的聚集。
③血栓的形成[10]当血液与材料表面接触之后，其凝血程序如下：首先，在极短的接触时间内，随即引发了各种不同的蛋白质在材料表面形成竞争性的吸附。
接着，覆盖于材料表层的蛋白质层会影响血液在材料表面的凝血反应，吸附在材料表面的纤维蛋白会诱导血小板吸附在其表面，最终血小板变形、活化。
由凝血因子Xa活化凝血酶原(凝血因子IIa)而产生的凝血酶(凝血因子IIa)在血液凝结过程中扮演非常重要的角色。
首先，它能引发血小板在材料表面的聚集和释放过程；其次，凝血酶活化血纤维蛋白原，转化为血纤维蛋白A、血纤维蛋白B以及可溶性血纤维蛋白酶，而交联的可溶性血纤维蛋白随后被凝血因子XIII催化变成不溶性血纤维蛋白血块。
而聚集的血小板、血球，以及血浆中的蛋白质则嵌陷在由血纤维交联所产生的网状结构里，形成血栓。
这就是血栓的形成过程。
提高血液相容性的技术,现已发展了多种抗凝血假说[6]:零界面表面张力、零界面自由能、负电荷表面、流动性亲水表面、微相分离结构、肝素化表面、生物化表面以及维持正常构象假说等。
过对材料进行表面改性来提高材料的血液相容性。
具体有如下几种途径3.1利用各种物理及化学的方法对材料的表面进行处理,这种方法可以使生物材料血液相容性得到大幅度改善。
3.1.1改善表面的亲水性能一般地,具有强疏水性和强亲水性表面的材料都具有较好的血液相容性3.1.2使表面带负电荷3.1.3设计微相分离结构如果材料的微观界面上存在化学及物理性能的不同,表面具有适当比例如亲水性/疏水性、正负电荷、结晶态/非结晶态等结构,则可获得良好的血液相容性。
例如,材料大分子链上含有聚集态的亲水链和疏水链时,可以降低血浆纤维蛋白的吸附,提高材料表面的抗血栓性能。
其中,国内外研究得最活跃的是嵌段聚醚氨酯(SPEU)[9,10],由于它具有优良的生物相容性,引起人们广泛的重视3.1.4表面粗糙度的影响对材料表面进行修饰,形成伪内膜3.2.1种植内皮细胞3.2.2涂布白蛋白涂层如果材料表面吸附层主要是白蛋白,则血小板不易粘附,可以阻止凝血发生。
在材料表面覆盖一层白蛋白来对材料进行修饰,称为白蛋白钝化1.3.3生物材料表面物理化学性质对蛋白质吸附的影响①材料表面的亲/疏水平衡材料表面的亲/疏水平衡是影响蛋白质吸附、细胞粘附的一个重要因素。
对于抗凝血材料，材料表面的亲水性越好，蛋白质吸附量越小，抗凝血性越好。
亲水性材料含有大量的水，与蛋白质和细胞中的水分子的有序排列极为相似，它们之间的相互作用力很小，与血液的界面能很小，具有良好的抗凝血性。
另一方面，细胞和材料之间的粘附是以蛋白质为介导而发生的细胞膜上的受体能特异性地识别材料上粘附的蛋白质，因而材料必须具有一定的疏水性才能吸附蛋白质。
而大量的研究又表明，亲水性的表面有利于细胞粘附生长，因为细胞膜具有一定的亲水性，过于良好的亲水性表面不利于蛋白质的吸附，因此要使吸附蛋白质层与材料之间有一定的粘附强度，保证材料表面达到一定的亲疏水平衡才最有利于细胞生长。
10②材料的表面能大量体外实验证明，蛋白质的吸附和细胞的粘附、增殖与相接触材料表面的生物特异性直接相关，基材的表面能量影响哺乳动物细胞的粘附[34,35]。
一般认为，表面能较高的表面比能量较低的表面更有助于促进细胞在生物材料表面的粘附。
这主要是由于材料的表面能会影响到血清中的蛋白质在材料表面的吸附，进而介导细胞的粘连[36]。
同时，材料表面的粗糙度与材料的表面能大小具有密切关系，随着表面粗糙度的提高，材料表面非极性组分的表面能显著增大[37]。
材料表面能直接影响蛋白质的吸附和细胞的粘附。
③材料表面的电荷状况血液细胞和血管内壁带负电荷，这是血小板不会粘附在血管内皮组织的原因之一。
一般带负电荷的表面对蛋白质吸附量较小，同时表面电荷密度和分布也是1绪论影响因素。
研究表明，血清中的蛋白质在材料表面的正电荷区(EDS)和负电荷区(DMS)的吸附行为差异很大。
在正电荷区吸附的玻连蛋白对细胞的粘连具有积极影响[38]，因此，材料表面正电荷区吸附玻连蛋白对骨细胞的粘附、铺展及迁移至关重要[39]。
而在材料表面吸附的纤连蛋白也对细胞的粘附具有促进作用显示出较强的蛋白质吸附对细胞粘连的介导性。
通过研究鼠颅盖骨成骨细胞在带正电荷和负电荷的聚苯乙烯离子交换树脂微球上的粘附发现[40]，聚合物表面的电荷能极大地影响蛋白质地吸附与细胞地迁移形态，表面无论带有何种电荷，细胞都能在其上生长，但细胞形貌有很大的差别，因此可认为材料表面的电荷特性与电荷密度对蛋白质吸附有很大影响，进而影响细胞生长。
随着生物医学的发展，生物材料的应用变得越来越广泛和重要.目前，对于大部分医用高分子材料而言，它们在使用过程中都会与血液接触，如人工血管、人工心脏瓣膜、人工心脏血囊、人工肺等人造组织器官以及用于人类心血管疾病防治的生物医用材料等，对于这类与血接触的生物材料，由于材料表面与血液接触时会出现凝血现象，即血浆中的可溶性纤维蛋白原转变为不溶解的纤维蛋白，使血浆从溶胶态变为凝胶态，最终促成凝血栓塞的形成.因此，具备良好的血液相容性是这类医用材料的根本要求。