聚氨酯中心静脉导管表面抗凝血和抗感染的修饰改性

聚氨酯中心静脉导管表面抗凝血和抗感染的修饰改性左传为祝方明*（中山大学化学与化学工程学院高分子研究所一室，广东广州510275）摘要本论文主要研究了聚氨酯中心静脉导管材料表面的抗凝血和抗感染修饰改性，通过紫外光接枝聚合亲水性单体——乙烯基吡咯烷酮（NVP）到聚氨酯（PU）表面，改善了PU表面的亲水性和润滑性，从而提高了PU表面的抗凝血性能；通过接枝到PU表面的聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）与碘（I2）的络合反应，从而使材料具有持久的、可重复使用的杀菌性能。

接枝NVP后的PU膜（PU-g-PVP）用傅立叶红外光谱仪（FTIR）进行了表征，观测到了PVP中的特征羰基（C=O）吸收峰和C─N伸缩振动吸收峰。

PU-g-PVP与碘络合反应之后，用紫外可见分光光度计检测到PVP-I的特征吸收峰，证实了I2已经与膜表面的PVP络合。

关键词聚氨酯；N-乙烯基吡咯烷酮；紫外光接枝聚合；络合反应；抗凝血；抗感染Antithrombogenicity and Anti-infective Modification of Polyurethane Center Venous Catheter by Surface Ultraviolet-induced Graft PolymerizationABSTRACT：A kind of water-soluble monomer, N-vinylpyrrolidone (NVP), was grafted onto the surface of medical polyurethane (PU) to enhance the hydrophilicity, lubricity and antithrombogenicity properties, and then by complexation of the grafted PVP homopolymer with iodine (I2), the long-term anti-infective property was obtained. The PVP was proved to be grafted onto the surface of PU successfully by characterization of Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy, which indicated absorption band due to carbonyl (C=O) and C─N stretching vibration of NVP. UV spectroscopy was used to characterize the existence of iodine (I2) by complexation with PU-g-PVP and the spectra showed significant PVP-I absorption peak.Key Words：Polyurethane; N-vinylpyrrolidone; UV-induced graft polymerization; complexation; antithrombogenicity; anti-infective1引言血管内介入诊疗技术是借助于介入导管通过血管管腔到达体内较远的病变部位，然后注入诊疗剂以对体内较远部位实现“低创”、“少创”治疗的一种新兴医疗技术[1]。

血管内介入导管是血管内介入技术的主要器械之一，理想介入导管均就具有以下基本特点：（1）优良的血液相容性；（2）优良的可操作性，包括扭矩传导性和抗扭结性；（3）适当的柔软性和良好的润滑性。

医用聚氨酯基本能满足这些要求，是制作血管内介入导管的常用材料[2]。

与聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）等其他材料相比，PU具有优异的物理机械性能和一定的血液相容性，但是其表面润滑性和抗凝血性能仍然达不到临床应用的要求，而且同样面临着引发感染这一棘手问题。

基金项目：中山大学化学与化学工程学院第五届创新化学实验与研究基金，项目编号：10作者简介：左传为，本科，中山大学化学与化学工程学院01级化学工程与工艺专业*通讯联系人：祝方明，副教授，E-mail: ceszfm@对介入导管的表面改性是有效抑制凝血反应的途径之一，在这些改性方法中，以在介入导管表面接枝亲水性侧链较为方便实用。

这样既可保留聚氨酯基材本体优越性，又能进一步提高聚氨酯材料表面的亲水性、润滑性和抗凝血性能。

同时，改性后亲水润滑的表面可以提高介入导管的抗细菌粘附能力，防止介入诊疗引起败血症或静脉炎等并发症，间接提高了介入导管的抗感染性能。

在亲水性单体中，N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）的结构赋予它及其聚合物特殊的性质：它在紫外光照的情况下就能聚合，并且它的聚合物聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）具有优良的亲水性、络合能力及生理相容性[3~6]。

所以我们采用紫外光引发接枝聚合NVP到医用聚氨酯表面，提高其亲水性和润滑性，从而改善其抗凝血性能。

PVP是一种具有高“溶解”能力的聚合物，使得PVP能够与许多物质生成固态络合物，例如碘[7]。

碘主要以HI3的形式与PVP络合，生成比较稳定的聚乙烯基吡咯烷酮-碘（PVP-I），又称聚维酮碘，是一种灭菌、消毒剂，具有高效、广谱、低毒、无刺激、不易挥发、水中易溶、稳定性高的优点，在术前皮肤消毒、术后预防感染、五官科、眼科、口腔科和妇产科等临床上得到广泛的应用。

利用聚氨酯表面接枝NVP，再将PVP接枝链与碘络合，使其不但具有PVP-I的杀菌性能，而且由于PVP-I与PU介入导管以化学键连接，又具有性能持久、可重复使用的特点[8~10]。

将PU中心静脉导管表面接枝亲水性单体NVP，得到优异的抗凝血性能，再将PVP接枝链与碘络合得到以化学链与PU连接的聚维酮碘，使PU中心静脉导管得到持久稳定的抗感染性能。

同时进行抗凝血和抗感染的修饰改性，目前未见相关文献报到。

2实验2.1原料PU中心静脉导管，第一军医大学提供；N-乙烯吡咯烷酮（NVP），98％，stabilized，ACROS ORGAMICS；引发剂Irgacure 907，分析纯，瑞士Ciba公司；光敏剂二苯甲酮（BP），化学纯，中国医药（集团）上海化学试剂公司；四氢呋喃（THF），分析纯，广州化学试剂厂；无水乙醇，分析纯，广州化学试剂厂；乙醇（95％），分析纯，广州化学试剂厂；甲醇，分析纯，广州化学试剂厂；碘，分析纯，天津市东丽区天大化学试剂厂；正庚烷，分析纯，广东汕头市西陇化工厂。

2.2接枝反应将PU溶于THF流延成膜，厚约0.2mm，剪成长方形的样条浸泡于体积比为1∶1的乙醇与去离子水的混合溶剂中三小时，除去膜表面的污垢，取出用去离子水充分冲洗后，放入真空干燥箱干燥后称重。

将干燥的PU膜浸泡在NVP的甲醇溶液中，一段时间后取出放入石英玻璃管中，反复充氮气除去空气后用橡胶塞塞紧。

在室温下放在距离紫外灯10cm处紫外光引发反应一定时间后，将PU膜取出，用大量水冲洗并在65℃水中浸泡24小时，以除去未反应的单体和吸附在PU膜表面的均聚物，在37℃下真空干燥到恒重。

2.3络合反应将接枝有NVP的PU膜放入0.01g/mL碘的95％乙醇溶液中，于60℃进行反应。

反应4小时后将PU膜取出，先在室温中晾干，以除去溶剂，再将PU膜放在庚烷中浸泡24小时，以除去游离碘，然后真空干燥除去庚烷。

2.4表征与测试（1）采用美国Nicolet公司生产的傅立叶变换红外光谱仪对试样进行红外全反射光谱分析；（2）将与碘络合反应后的PU膜剪碎，溶解在THF中。

以THF作为空白样品，用紫外可见分光光度计测定溶液中的PVP-I来表征络合物。

3结果与讨论3.1 引发体系对光接枝反应的影响光引发剂能吸收光化学辐射并断裂生成初级自由基，引发单体聚合反应。

光敏剂吸收光的能量后转移给另一个分子，使之形成初级自由基，在这种能量转移机制中，光敏剂不消耗或结构不改变。

在三种引发体系的条件下进行PU 膜与NVP 光接枝反应，测定接枝反应的接枝密度，其中引发剂为Irgacure 907，光敏剂为二苯甲酮(BP)，如表1。

表1 不同引发体系下紫外光光接枝改性PU 膜的接枝密度Table 1 Graft density of the PU film by different initiating systemSamplew 0/g w g /g Surface Area/cm 2 Graf t Density/(mg/cm 2) 907+NVP0.0957 0.1433 6.8 7.00 BP+NVP0.1196 0.1655 6.1 7.55 907+BP+NVP 0.0982 0.1455 5.6 8.52 光聚合反应的机理如下：链引发：（1）光敏剂在紫外光照射后将获得的能量转移到本体材料PU 上；Ph 2C O (PU)+(BP)PU +Ph 2COH（2）引发剂在紫外光照射后断裂形成初级自由基引发单体聚合。

XY ++NVP NVP +X(Y)(Y )X 这里X ─Y 是指引发剂，X •和Y •指引发剂断裂后生成的初级自由基。

链增长：+nNVP (NVP)链终止：PU +(NVP)PU-g-PVPn+1+聚合物Ph 2COH +接枝聚合物Ph 2COH +Ph 2C OH (Y )X Ph 2C(OH)C(OH)Ph 2 在只加引发剂的引发体系中，引发剂直接吸收光能量后形成初级自由基引发单体NVP 聚合，无光敏剂就不能将吸收的紫外光能量转移到PU 膜上形成PU •，因此聚合反应链增长虽形成大量PVP •，但是缺少PU •与之链终止，所以只有少部分接枝到PU 膜上，大部分是粘附在PU 表面。

在只加光敏剂的引发体系中，光敏剂接受能量后将其能量转移到PU 膜上形成较多PU •，但只有少许NVP 在光照下聚合成短链PVP •分子接枝在PU 膜上，因此接枝在PU 表面的PVP 都是短链分子，数量少，接枝密度低。

在同时加光敏剂和引发剂的引发体系中，引发剂的存在能够产生大量的初级自由基充分引发NVP 聚合，生成大量长链PVP •，光敏剂的存在能够将大量紫外光的能量转移到本体材料上形成大量PU •，所以多数NVP 转化为长链PVP 接枝到了PU 表面，所以接枝密度最大，此引发体系的活性最高。

3.2 PU 膜表面接枝PVP 前后的结构比较采用FTIR 表面全反射光谱对PU 表面接枝NVP 前后的结构进行了比较，如图1。

聚氨酯的红外谱图在1300~1050cm -1处有两个酯基中C ─O 伸缩振动吸收峰，在1735cm -1处有酯基中羰基强的伸缩振动吸收峰，在1550~1530cm -1区域有N ─H 弯曲振动吸收峰。