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。当高分子材料植入体内与血液相接触时，血液的流动状态和血管壁状态都发生了变化，材料被生物体作为异物而识别，二者界面在发生了一系列复杂的相互作用后，在

1-2min之内就会在材料表面产生凝血现象，其产生于血浆蛋白质、凝血因子、血小板等多种血液成分有关，主要通过以下两种途径：（l）激活凝血因子（主要是内源性凝血因子），从而实现为蛋白原变成不溶性纤维蛋白，最后形成红血栓。

(2)材料与血液接触，在其表面立即粘附血浆蛋白，进而激活血小板，形成白血栓。这两个过程的发生都来自吸附在异物表面的血浆蛋白质层的诱发。现在医学的发展，越来越多的高分子材料用于人工脏器植入人体后，其必然要长时间与体内的血液接触。因此，医用高分子对血液的相容性是所有性能中最重要的。高分子材料的血液相容性问题是一个十分活跃的研究课题，但至今尚未制得一种能完全抗血栓的高分子材料。这一问题的彻底解决，还有待于各国科学家的共同努力

三、提高医用高分子材料的途径

一般来说，提高医用高分子材料的抗凝血性，一般从材料的选择和对其表面的处理两部分来研究。

（1）高分子材料的结构的选择

医用高分子材料与血液接触虽然产生凝血，但是，并非所有的材料产生凝血程度以及形成凝血的时间都是一样的。因此，进一步研究高分子材料的结构与抗凝血性能之间的关系也是一个提高其抗凝血性能的一条可选择的路径。高分子材料的结构的选择是研究、合成、制备血液相容性材料的基础。其中，材料的含水结构、表面电荷、表面张力与界面自由能、亲水性与疏水性以及微相分离结构等因素与材料表面的抗凝血性能有着重要关系。

Bruck提出要使医用高分子材料具有优异的抗凝血性，很重要的一点就是材料的表面应有很高的含水量，而且其水分子必须有一定的结构化。一般认为，水凝胶与血液的相容性，与其交联密度、亲水性基团数量等因素有关。含亲水基团太多的聚合物，往往抗凝血性能反而不好。因为水凝胶表面不仅对血小板粘附能力小，而且对蛋白质和其他细胞的吸附能力均较弱。在流动的血液中，聚合物的亲水基团会不断地由于被吸附的成分被“冲走”而重新暴露出来，形成永不惰化的活性表面，使血液中血小板不断受到损坏。研究认为，抗凝血性能较好的水凝胶，其含水率应维持在65％～75％

Sawyer提出了抗凝血材料的表面应带有一定负电荷的假说，人体血浆中的

纤维蛋白原以及其他成分带有负电荷，因此可能由于静电斥力作用而具有好的血液相容性。Han等在PEG末端接上一个具有类肝素活性的阴离子磺酸基团，研究表明因此，对带适当负电荷的材料表面，血小板难于粘附，有利于材料的抗凝血性能。但也有实验事实表明，血小板中的凝血因子在负电荷表面容易活化。因此，若电荷密度太大，容易损伤血小板，反而造成凝血。

Lyman研究各种医用高分子材料的表面自由能或临界表面张CST(critical Surface：tention，临界表面张力)，与血液凝固之间的关系，发现表面自由能低的材料，血小板黏附较少，而对于亲疏水性的医用高分子材料，当亲疏水性比例达到一定平衡时，显示出良好的抗凝血性。他提出了降低材料表面CST，可以提高其血液相容性假说。另一方面，Lyman等则提出，作为抗凝血材料，其表面的色散力和极性力必须均衡。

Lampert提出血液的凝固时间与材料表面的润湿性成反比的看法，即所谓的Lampert规则。

Imai认为材料具有0.1~0.2程度的微不均匀结构能抑制血栓形成,即具有微相分离结构的高分子材料可能具有较好的抗凝血性。

另外的办法就是在对医用高分子中加入少量的含有抗凝血成分的聚合物进行共混，这样就可以得到性能较好的抗凝血材料。抗凝血添加剂多为两亲的共聚物，进入基材本体后，为了减少界面自由能，有在基材表面富集的趋向。Ishihar 等合成了MPC-甲基丙烯酸正丁酯和MPC-甲基丙烯酸正十二烷基酯的共聚物，将其与聚矾共混，提高聚矾血液渗析膜的血液相容性。研究表明，加入少量(l%wt)的添加剂就可以显著提高聚矾的血液相容性，并且共混膜在37℃的水中浸7天，添加剂的流失也比较少。他们还合成了MPC-甲基丙烯酸异戊酯和MPC-甲基丙烯酸环己酯的共聚物，将其加入SPU（硅烷改性聚氨酯）基材中，在很大程度上抑制了血小板粘附和蛋白质的吸附。

（2）医用高分子材料的表面修饰

处理凝血过程中，两个值得注意的现象是血小板的粘附和蛋白质的吸附。二者与材料表面的性质密切相关，且对血栓形成起着极其主要的作用，因此材料表面修饰是材料改性的最直接方法。作为植入体的人工器官容易被人体系统示作异物，因而产生各种排斥反应。随着对生医用高分子材料与生物体相互作用认识的