响应型共聚物改性聚烯烃表面与血浆蛋白质相互作用的中子反射研究

In the development of thermoplastic elastomer(TPE) to replace polyvinyl chloride (PVC) blood bags biomaterial, the key issue is how to fabricate the controlled responsive copolymer hydrogel system on the surface of polyolefin, based on the premise of hemocompatibility to prevent hemolysis and oxidative stress of erythrocyte. Plasma protein adsorption behavior is the essential factor that determines hemocompatibility. In this proposal, we suggest to establish a neutron reflectivity method by utilizing contrast variation via deuteration using China spallation neutron source (CSNS), to investigate plasma proteins adsorption and hemolysis mechanisms in molecular level combining with quartz crystal microbalance with dissipation (QCM-D). This project mainly focuses on the conformational transformation of responsive polymers chains, the location and orientation of proteins molecules when interact with polymer interfaces, and the relations between physicochemical property, antifouling efficiency, environmental responsivity and protein adsorption behavior. By establishing this new approach, we are aiming at providing valuable evidence and guidance for future development and application of high-performance polyolefin blood bags.

在研发热塑性弹性体（TPE）替代聚氯乙烯（PVC）血袋材料的过程中，保证材料抗凝血性的前提下，在聚烯烃血袋材料内表面构建出可调控的响应型共聚物体系，来实现抑制红细胞的溶血和氧化应激是血袋材料研发过程中的关键问题。血浆蛋白质吸附问题是这其中的核心问题。本项目主要针对聚烯烃作为血袋材料时存在的问题，利用中国中子散裂中子源（CSNS），通过氘带反差调节，结合石英晶体微天平技术（QCM-D），建立中子反射研究响应型聚合物刷抗蛋白质吸附和抑制红细胞溶血的方法和技术，从分子尺度实现聚合物链构象转变的调控和蛋白质吸附过程中的取向和定位。同时研究不同血液相容性材料理化性质、抗污效率和对环境变化的响应与蛋白质吸附之间的关系，为高性能聚烯烃血袋材料的开发和应用提供科学依据。

在研发热塑性弹性体替代聚氯乙烯血袋材料的过程中，保证材料抗凝血性的前提下，在聚烯烃血袋材料内表面构建出可调控的响应型共聚物体系，来实现抑制红细胞的溶血和氧化应激是血袋材料研发过程中的关键问题。血浆蛋白质吸附问题是这其中的核心问题。本项目利用中子反射，QCM-D、SAXS等实验手段与蒙特卡洛模拟、分子动力学模拟相结合，确立了中子反射研究多层聚合物结构模型和基本研究方法。系统研究蛋白质在响应型聚合物表界面的吸附行为和机理，发现环状构象能有效抑制蛋白质在聚合物表面的吸附，聚合物表面平整度和密实水化层的形成是环状聚合物刷抑制蛋白质吸附的两个重要因素；厚度适中（30-50nm）的聚合物层蛋白质吸附量最少，氢键相互作用是蛋白质在密实聚合物层吸附的主要驱动力。同时进一步确立了聚烯烃基材料的理化性质、抗污效率和对环境变化的响应与蛋白质吸附之间的定量关系，为高性能聚烯烃血袋材料的开发和应用提供科学依据。通过这些基础科学问题的研究，我们研发了三种具有应用前景，能够替代PVC的聚烯烃基医用包装材料（血袋或大输液袋），均已获得中国发明专利授权。