等离子体聚氧乙烯功能化薄膜的合成及其抗生物粘附特性研究

以解决腔静脉滤器所面临的内膜增生导致难于满足临床治疗的"可回收"要求和滤器所致血栓形成问题，发展出以低聚物聚乙二醇为前体，在医用金属表面合成等离子体聚氧乙烯薄膜的表面改性技术。突破现有等离子体聚合研究中存在的缺乏对微观聚合过程的机理性认识的局限性，原位实时追踪等离子体聚合过程中前体解离和自由基结合形成聚氧乙烯薄膜的过程，建立聚合过程气相组分、薄膜结构形成与聚合工艺的关系，以实现对聚合薄膜结构和组成的有序调控。在此基础上，制备出具有高抗生物粘附特性、与金属基底有高度结合力、在生理体液中高度稳定的等离子体聚PEO薄膜，将其应用于下腔静脉滤器的表面改性，使其可回收时间与临床治疗时间相匹配。阐明等离子体聚合薄膜的结构控制与抗生物粘附特性的基本关系，为抗生物粘附的等离子体聚合物薄膜的制备和结构设计提供理论性指导。并制订出等离子体聚PEO薄膜改性下腔静脉滤器的生产标准、技术工艺规范和质量检测控制体系。

可回收下腔静脉滤器在应用中的最大挑战是滤器引起的栓塞和内膜组织覆盖导致的回收失败。已有的研究证明聚氧乙烯官能化的表面具有抗生物粘附的特性，等离子体聚合可在不同材料表面沉积均匀、连续致密和良好结合力的涂层，可用于制备聚氧乙烯官能化涂层。本项目的研究工作是在下腔静脉滤器表面合成类聚氧乙烯（PEO-like）涂层，以实现滤器的可回收需要。项目分别选择低分子量聚乙二醇（PEG）和四乙二醇二甲醚为单体，以氧气为辅助性气体制备了两类等离子体PEO-like涂层，其中高的氧气/四乙二醇二甲醚和低原子耗散能的涂层具有更高的醚键含量。C-O-C含量为70%的涂层在体外实验中能显著减少血小板的粘附与激活，降低纤维蛋白原粘附，这种涂层在PBS缓冲液中也具有良好的稳定性。项目研究了以低分子量PEG为单体在脉冲辉光放电过程中的气相和表面相行为，采用红外光谱原位实时监测了聚合过程中的化学组分，对其解离过程的分析表明是以主链中C-C和C-O键断裂为主要的解离方式，在低功率下，在气相和表面相中均能保留更多的醚键。研究表明气相和表面亚相紧密相关的平均耗散能是占空比和峰值功率的函数，也受到流量、分压和保留时间等因素的影响。采用纳米压痕、纳米划痕和拉伸试验对比研究了两类PEO-like涂层的力学行为，结果表明四乙二醇二甲醚合成的涂层在抵抗外力载荷、韧性和与基底的结合力方面均优于PEG合成的涂层，前者的临界载荷值可达到46.57mN，表现出较好的结合力。基于临床前要求开展的物理、化学和生物安全性评价表明多项指标达到临床实验要求。将最优化的等离子体PEO-like涂层改性下腔静脉滤器植入公羊肝静脉，4周和8周的结果表明涂层改性滤器的支撑杆中间部位均未被内膜组织覆盖，而对照组未改性滤器植入4周的支撑杆各部分均被内膜组织覆盖，植入8周的支撑杆全部被内膜严密包裹。但是，对于改性滤器的支撑杆近心端倒刺部位也被内膜组织覆盖，分析表明倒刺插入血管壁时由于摩擦剧烈导致聚合涂层剥落是内膜覆盖的主要原因。通过本项目研究，初步阐明等离子体聚氧乙烯薄膜的结构控制与抗生物粘附特性的基本关系，可为抗生物粘附的等离子体聚氧乙烯薄膜的制备和结构设计提供理论性指导。等离子体PEO-like涂层表现出显著的抗生物粘附特性，还可进一步研究用于心血管诊断器械和体内传感器的表面改性。