蛋白质在PEU/LCP复合生物材料上的吸附行为研究

摘要

在医学临床上，有相当多的医疗器件须与血液接触。血液一旦与外源固体材料接触，就有可能发生细胞的附着和激活、蛋白质的吸附和变性、细胞的附着和激活等生物反应，导致凝血、溶血、血相改变等不良反应。蛋白质的吸附是第一步，影响生物材料的性能并可能直接导致血栓的形成。因此研究生物材料表面蛋白质的吸附行为在研究材料的生物相容性中具有重要的意义。本实验室以聚醚氨酯为基材合成的新型肝素化液晶与聚醚氨酯共混(PEU/LCP)复合生物材料经前期研究证明具有较好的抗凝血性能，因此进一步深入研究蛋白质在其上的吸附行为，对材料的合成及表面结构研究起到指导作用，并进一步揭示生物材料与血液相互作用的机理。 本研究以荧光标记为手段，研究了PEU/LCP复合生物材料表面的蛋白质吸附行为。主要工作如下： (1) 材料的性能研究：首先对以聚丙烯酰胺为柔性主链，肝素为侧链的PEU/LCP复合生物材料的抗凝血性能进行研究，复钙化实验结果表明，PEU/LCP复合生物材料复钙时间比基材PEU延长了3分多钟，是功能化的聚氯乙烯(PVC)材料的将近两倍，显示出极强的抗凝血性能；对三种材料的表面自由能研究表明，PEU/LCP复合生物材料的表面自由能最大，亲水性最好，其次为PVC，最差的为PEU。 (2) 荧光定量方法的建立：用异硫氰酸荧光素成功对白蛋白和纤维蛋白原进行了荧光标记。确定了异硫氰酸荧光素与白蛋白及纤维蛋白原的反应投料比，蛋白质标记效果检测和标记蛋白质含量对吸附结果的影响实验结果表明，标记的蛋白质非常稳定，且在标记白蛋白混入比例不超过一定范围时，标记处理不会影响其吸附行为。 (3) 蛋白质静态吸附研究：白蛋白一元蛋白吸附实验表明，PEU/LCP复合材料在三种材料中白蛋白的吸附量最多，其次为功能化PVC材料，基材PEU。并且初始浓度越大，吸附量越大。研究发现PEU/LCP复合材料表面吸附的纤维蛋白原远远少于其它两种材料，基材PEU对纤维蛋白原的吸附最多。 在白蛋白-纤维蛋白原二元竞争吸附时，PEU/LCP复合材料具有对白蛋白的高选择性吸附，并阻抗纤维蛋白原的吸附。 得到白蛋白在PEU/LCP复合材料表面的等温吸附模型，而PEU及PVC材料表面的等温吸附模型分别为，可以用Langmuir方程拟合。 (4) 蛋白质动态吸附研究：一元白蛋白动态吸附实验表明，加载剪切力会增加材料表面对白蛋白的吸附，但加载不同的剪切力对PEU及PVC表面的白蛋白吸附影响不显著，对PEU/LCP复合材料表面的白蛋白吸附影响显著。建立一元BSA于PEU/LCP复合材料表面的动态吸附模型： ，以及其他两种材料表面的BSA动态吸附模型分别为：白蛋白-纤维蛋白原二元蛋白体系在流动状态下的白蛋白吸附量较静止状态下更多。 (5) 吸附机理研究：通过白蛋白的可逆性吸附实验证明了“动态蛋白膜层”假说。 对白蛋白在PEU/LCP复合材料表面的吸附过程动力学建立了模型，求出吸附速率k1=3.5×10-3，解吸速率k-1＝2.7×10-3，从机理上验证了“动态蛋白膜层”假说。 以上所有研究表明，PEU/LCP复合生物材料具有对白蛋白的高选择性吸附，并阻抗纤维蛋白原的吸附的特性。