具有长期血液相容性和初步抗炎特性的稳健肝素模拟聚甘油涂层用于血液接触设备

　　本综述报道了一种新型肝素模拟聚甘油涂层，通过层层自组装（LBL）技术将树枝状聚甘油胺（dPGA）、树枝状聚甘油醛（dPG-CHO）和线性聚甘油硫酸盐（lPGS）共价固定在聚苯乙烯（PS）表面。该涂层显著增强了表面覆盖率和肝素模拟物lPGS的密度，展现出优异的抗血小板粘附、抗蛋白吸附和抗炎特性，且具有30天以上的长期稳定性，为血液接触医疗器械提供了有前景的表面改性策略。

　　

1 引言

心血管疾病晚期通常需要植入医疗器械，但这些设备面临血栓形成和炎症等严重并发症。传统抗凝药物如肝素虽有效但会增加出血风险。改善植入材料的生物相容性，尤其是表面性能，成为减少并发症的关键策略。表面改性技术，如功能分子接枝和水凝胶涂层，已被广泛研究。聚乙二醇（PEG）作为“金标准”生物相容性聚合物，但其免疫原性问题日益凸显。水凝胶涂层虽有效，但厚度难以控制，且存在机械不稳定性风险。因此，开发稳定、厚度可控且具有长期血液相容性的涂层迫在眉睫。

层层自组装（LBL）技术能精确构建生物功能表面，但涂层稳定性仍是挑战。肝素虽能有效抗凝，但出血风险高。合成聚电解质如聚甘油硫酸盐（lPGS）模拟肝素和硫酸乙酰肝素的生物功能，具有潜在优势。lPGS在溶液体系中已证明具有抗凝血和抗炎特性，但其表面涂层研究仍较少。

2 结果与讨论

2.1 聚合物合成

2.1.1 氨基修饰的lPGS合成

通过阴离子开环聚合合成嵌段共聚物lPG-b-20AGE，经硫酸化和胱胺接枝引入氨基，成功制备lPGS。¹H NMR和GPC证实其结构和分子量（M_w = 10 566 g mol^?1, PDI = 1.31）。

2.1.2 BP修饰的dPGA合成

通过脱水缩合反应将4-苯甲酰苯甲酸接枝到dPGA上，FTIR显示1650 cm^?1处新吸收峰（C=O伸缩振动），证实苯甲酮基团成功引入。

2.1.3 dPG-CHO合成

通过高碘酸钠氧化dPG的邻羟基为醛基，FTIR在1728 cm^?1处出现醛基特征峰，证实dPG-CHO成功合成。

2.2 涂层表征

采用共价LBL策略将聚合物接枝到PS表面：首先通过UV照射将dPGA-BP光交联到PS上，引入胺基；然后交替沉积dPG-CHO和dPGA形成多层（通过希夫碱反应连接）；最后接枝lPGS作为最外层，并用NaBH₄还原亚胺键为更稳定的胺键。涂层命名基于dPGA-BP浓度和层数（如PS-5dPG-lPGS 5-layer）。

XPS分析显示涂层表面存在N 1s（399.5 eV和402.0 eV，对应-NH₂和-NH₃⁺）和S 2p（168.6 eV，对应-SO₃^?）信号，证实元素成功引入。TBO染色测定-SO₃^?接枝密度，PS-5dPG-lPGS 5-layer达27.27 ± 3.24 nmol cm^?2。椭偏仪测厚显示涂层厚度随层数增加（PS-5dPG-lPGS 5-layer为102.04 ± 22.40 nm）。AFM和SEM显示涂层均匀光滑（Ra = 1.08 ± 0.58 nm）。水接触角测量表明涂层显著增强亲水性（未改性PS为99.73 ± 6.35°，PS-5dPG-lPGS 5-layer降至40.08 ± 2.12°）。

2.3 血液相容性评价

血小板粘附实验显示，未改性PS表面血小板覆盖率达95.58 ± 6.26%，而PS-5dPG-lPGS 5-layer仅0.11 ± 0.16%。SEM显示涂层表面血小板呈圆形未激活状态。LDH实验证实涂层显著降低血小板激活（OD值从PS的0.57 ± 0.05降至0.10 ± 0.01）。APTT测定表明lPGS延长凝血时间（100 μg mL^?1时>250 s）。纤维蛋白原吸附实验显示涂层将覆盖率从0.90%降至0.03%。溶血率均低于5%，符合ISO 10993-4标准。

2.4 细胞毒性

L929成纤维细胞培养显示，PS-5dPG-lPGS 5-layer表面细胞存活率高（72 h时105.88 ± 6.98%），细胞形态铺展良好，表明涂层细胞相容性优异。

2.5 初步抗炎特性

RAW264.7巨噬细胞实验显示，LPS刺激下，未改性PS表面TNF-α浓度达863.17 ± 210.70 pg mL^?1，而PS-5dPG-lPGS 5-layer降至231.24 ± 185.34 pg mL^?1，表明涂层具有抗炎作用，可能通过-SO₃^?与炎症介质相互作用实现。

2.6 稳定性与长期血液相容性

PBS浸泡4周后，涂层水接触角变化微小（47.60°至49.63°），表明稳定性良好。30天PBS浸泡后，血小板覆盖率仍仅0.12%。PPP浸泡10天后，涂层血小板覆盖率仅0.28%，而未改性PS为18.76%，证实涂层在复杂生物环境中长期有效。

3 结论

该研究成功开发了一种基于聚甘油的肝素模拟涂层，通过LBL组装到PS表面，显著改善其物理化学和生物学性能。涂层具有高-SO₃^?密度、均匀 morphology、优异亲水性和长期稳定性，能有效抵抗蛋白吸附、血小板粘附和激活，并展现抗炎特性。其双重作用机制包括：1）高度水合和空间位阻的聚甘油主链抵抗非特异性蛋白吸附；2）密集硫酸基团模拟肝素负电域，干扰凝血途径。该涂层为血液接触医疗器械提供了有前景的表面改性策略。

4 实验部分

详细描述了聚合物合成（阴离子聚合、硫酸化、点击化学）、涂层制备（LBL组装、UV交联、还原）、表征技术（NMR、GPC、FTIR、XPS、SEM、AFM、椭偏仪、接触角）和生物学评价（血小板粘附、LDH、溶血、APTT、细胞毒性、ELISA）的方法。所有实验均遵循严格标准，数据以均值±标准差表示，统计采用ANOVA检验。