生物醫(yī)用材料表面仿細胞膜結(jié)構(gòu)改性_圖文

1、 收稿 :2007年 11月 , 收修改稿 :2008年 1月 3國家自然科學基金項目 (N o. 20774073 、 高分子物理與化學國家重點實驗室 (北京 開放基金項目 (N o. 200605 資助 33通訊聯(lián)系人 e 2mail :gongyk . cn生物醫(yī)用材料表面仿細胞膜結(jié)構(gòu)改性3宮 銘 楊 珊 張世平 宮永寬33(西北大學合成與天然功能分子化學教育部重點實驗室 西北大學化學系 西安 710069摘 要 細胞膜因其固有的生物相容性 , 可以作為體內(nèi)植入材料及器件表面生物相容化改性的范例 。大量研究結(jié)果表明 , 用細胞外層膜的親水官能團 磷酰膽堿基團修飾材料表面 ,

2、 可顯著提高材料的生物相 容性 , 具有廣闊的應用前景 。 本文綜述了用含磷酰膽堿基團小分子及聚合物進行仿細胞膜結(jié)構(gòu)改性的各種 方法及其代表性工作 ; 討論了不同方法得到的仿細胞膜結(jié)構(gòu)表面的性能 ; 理 ; 對仿細胞膜結(jié)構(gòu)表面改性研究及應用的前景做了展望 。關(guān)鍵詞 生物醫(yī)用材料 生物相容性 磷酰膽堿 中圖分類號 :O63111; Q81117; T B34 A 2281X (2008 1021628207of Biomedical Materials with CellMembrane Mimetic StructuresGong Ming Yang Shan Zhang Shiping Go

3、ng Yongkuan33(K ey Laboratory of Chemistry of Synthetic and Natural Functional M olecules of Ministry of Education ,Department of Chemistry , Northwest University , X i an 710069, China Abstract The cell membrane establishes an im portant paradigm for the surface m odification of im plantable device

4、s because of its intrinsic biocom patibility. Numerous researches have suggested that the biocom patibility of materials can be im proved remarkably after being m odified with phosphorylcholine group , which is the major head group of the phospholipid of the outer cell membrane. This kind of membran

5、e mimetic surfaces shows practical and scientific im portance in a variety of biomaterials. The methods of fabricating membrane mimetic surfaces are categ orized and the resulting surface properties are discussed along with introducing the representative researches. Several im portant mechanisms of

6、biocom patibility are als o summarized. Finally , the prospects of the research and application of membrane mimetic surfaces are suggested.K ey w ords biomaterials ; biocom patibility ; phosphorylcholine ; cell membrane ; surface m odification1 引言生物醫(yī)用材料是用于對生物體進行診斷 、 治療 、修復或替換其病損組織 、 器官或增進其功能的新型 高技術(shù)材

7、料 , 己成為材料學科的重要分支 。隨著生 物技術(shù)的蓬勃發(fā)展和重大突破 , 生物醫(yī)用材料己成 為各國科學家競相進行研究和開發(fā)的熱點 。 生物醫(yī) 用材料除了要滿足醫(yī)療過程對其機械 、 物理和化學方面的基本要求 , 以醫(yī)療為目的的醫(yī)學要求和生物相容性要求則是生物醫(yī)用材料的難點及重點 。 由于 幾乎沒有一種天然或合成材料能同時滿足上述三方 面要求 , 因而對材料進行改性修飾就成為該領(lǐng)域永 恒的主題 , 其中提高材料生物相容性已經(jīng)成為生物 醫(yī)用材料研究的焦點 。 開發(fā)生物材料的一條重要途 徑是在物理性能良好的材料表面建立特定的分子結(jié) 構(gòu) , 使物理力學性能與生物相容性相統(tǒng)一 。第 20卷 第 10期

8、2008年 10月化 學 進 展PROG RESS I N CHE MISTRYVol. 20No. 10 Oct. , 2008生物相容性包括血液相容性和組織相容性兩部分 。 血液相容性是指材料在體內(nèi)與血液接觸后不發(fā) 生凝血 、 溶血現(xiàn)象 , 不形成血栓 ; 組織相容性是指材 料在與肌體組織接觸過程中不發(fā)生不利的刺激性反 應 、 炎癥 、 排斥反應 , 沒有致癌作用 , 不發(fā)生鈣沉著 。 產(chǎn)生生物相容性問題是機體組織自我保護系統(tǒng)進行 排異反應的結(jié)果 。當材料植入宿主體內(nèi) , 細胞膜表 面的受體積極尋找與之接觸的材料表面所能提供的配體信號 , 以區(qū)別所接觸材料為自體或異體 1。細 胞與材料表面

9、的相互作用通過細胞膜進行 , 因而 , 細 胞膜 、 特別是外層膜的結(jié)構(gòu)組成對這種相互作用產(chǎn) 生重要影響 。 因此 , 從材料表面與細胞相互作用調(diào) 控的角度 , 對生物材料進行表面修飾改性將是提高材料生物相容性 、 滿足臨床應用要求的關(guān)鍵 。磷酰膽堿 (也稱磷酸膽堿 ,phosphorylcholine ,PC 基團是組成細胞膜基本單元卵磷脂的親水端基 , 是 細胞外層膜中的外層官能團 (圖 1a 。日本學者Nakabayashi 等 2,3最早提出了仿細胞膜結(jié)構(gòu)的概念 , 設(shè)計合成了含 PC 基團的甲基丙烯酸酯單體 (22methacryloyloxyethyl phosphorylchol

10、ine ,MPC 及其與憎 水單體的共聚物 。 Chapman 等 4設(shè)計具有生物膜結(jié) 構(gòu)表面的聚合物用于提高血液相容性 。用含 PC 基 團及長鏈烷基的親水親油的兩親性共聚物形成仿細 所示 5。負載于材 , 6,7。圖 1 細胞雙層膜及磷酰膽堿聚合物仿細胞外層膜組裝結(jié)構(gòu)示意圖 5:(a 細胞雙層膜 ; (b 卵磷脂結(jié)構(gòu) ; (c 磷酰膽堿聚合 物仿細胞外層膜組裝結(jié)構(gòu)Fig. 1 Schematic structures of cell membrane and the outer membrane mimicking polymeric assembly. (a lipid bilayer

11、of cell membrane ; (b phosphatidylcholine ; (c amphiphilic PC 2polymer assembly 將同時含有親水和親油基團 , 特別是含親水性磷酰膽堿基團 , 能夠形成類似于細胞膜結(jié)構(gòu)的聚合 物定義為仿細胞膜結(jié)構(gòu)聚合物5。 用含磷酰膽堿基團的化合物或聚合物 , 在材料表面或其固 2液界面組裝形成具有細胞外層膜結(jié)構(gòu)薄層的技術(shù)稱為仿細胞 膜結(jié)構(gòu)修飾 改性 。 近年來的研究表明 , 用磷酰膽堿 基團及其聚合物對生物材料表面進行仿細胞膜結(jié)構(gòu) 的修飾 , 可顯著提高材料的生物相容性 8 12, 降低對蛋白質(zhì)的吸附13 15及對血小板的黏附作用

12、16 20, 具有重要的學術(shù)意義和巨大的應用市場 。 本文對使用含磷酰膽堿基團的小分子及聚合物的各種表面修飾 方法進行簡要綜述及展望 。2 仿細胞膜結(jié)構(gòu)表面的構(gòu)建方法用仿細胞膜結(jié)構(gòu)進行材料表面改性的方法可分 為物理法和化學法兩大類 。 常用的物理方法有表面涂覆 、 共混和 Langmuir 2Blodgett (LB 膜 3種 ; 化學方 法則有表面自組裝 、 接枝基團和接枝聚合物等 。 211 表面涂覆方法表面涂覆含磷酰膽堿基團聚合物是獲得仿細胞 膜結(jié)構(gòu)的主要途徑 。由于 MPC 均聚物的水溶性良好 , 不能形成耐水涂層 , 通常將 MPC 與憎水單體如 甲基丙烯酸正丁酯 、 十二烷基酯及十

13、八烷基酯等共 聚得到兩親性共聚物 。 調(diào)整共聚物的組成基團及其 比例 , 使其不溶于水 , 可溶于有機溶劑 。通過浸涂 (dip 2coating 、 旋轉(zhuǎn)涂覆 (spin 2coating 等方法將其附 著在生物材料表面 , 溶劑蒸發(fā)后形成物理吸附的兩 親聚合物膜 。 涂層在干燥過程中 , 憎水基團占據(jù)表 面位置使表面自由能降低21, 因而得到與細胞外層膜結(jié)構(gòu)相反的表面 。 當該表面與水接觸時 , 表 界面 基團 鏈段重新取向來降低界面能 22 25。 Y ang 等26對磷酰膽堿基團的表 界面取向研究結(jié)果顯示 , 與水9261 第 10期 宮 銘等 生物醫(yī)用材料表面仿細胞膜結(jié)構(gòu)改性接觸時

14、, 含磷酰膽堿基團的兩親性聚合物涂層表面可形成與細胞外層膜結(jié)構(gòu)類似的親水界面 。 涂層表 面及其固 2液界面的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變可用圖 2來表示 。Ishihara 等 27合成了一系列含磷酰膽堿的共聚 物 , 將其溶液浸涂于聚氨酯基質(zhì)上 , 修飾后表面抗血 小板黏附性能顯著提高 。 良好的血液相容性使得這類磷脂聚合物可用于制造心血管裝置 28。具有兩 親結(jié)構(gòu)的磷脂聚合物也表現(xiàn)出優(yōu)良的組織相容性 。 巨噬細胞 、 纖維原細胞等在兩親性磷酰膽堿聚合物涂覆修飾的組織培養(yǎng)基上黏附和繁殖良好 29,30 。圖 2 界面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化示意 圖Fig. 2 S tructure reorganization of amp

15、hiphilic PC polymer on surface and at the film 2water interface表面物理吸附修飾層在體內(nèi)的穩(wěn)定性 、 與被修 飾材料之間結(jié)合的緊密程度等是物理吸附修飾方法應用的前提 。 Ishihara 等 27,31對涂層在不同溶劑中 的溶解現(xiàn)象及表面磷 碳元素比例進行了測定 , 但表 面元素比例變化與涂層是否溶解無必然聯(lián)系 , 因為 兩親性聚合物表面的結(jié)構(gòu)組成會隨不同的處理條件 而發(fā)生基團取向及遷移 32。 Lewis 等 33對一種磷酰 膽堿聚合物涂層修飾的冠狀支架在植入體內(nèi) 6個月 后做了分析 , 發(fā)現(xiàn)植入前后膜層的剝離強度及厚度 沒有明顯

16、變化 。然而 , 以物理吸附方式結(jié)合在移植器件表面的 仿細胞膜結(jié)構(gòu)聚合物涂層 , 在體內(nèi)復雜環(huán)境中發(fā)生 溶解 、 脫落或分解的可能性不能排除 。為了增強仿細胞膜結(jié)構(gòu)聚合物涂層的穩(wěn)定性 ,Lewis 等 34,35和徐建平等 36分別研究了含有三甲氧基硅可交聯(lián)基團 的仿細胞膜結(jié)構(gòu)聚合物 。 涂層中共聚物鏈之間遇水 發(fā)生交聯(lián)作用 , 聚合物鏈上三甲氧基硅也可與材料 表面的活性基團形成共價鍵 , 使穩(wěn)定性顯著提高 。 212 LB 膜方法表面活性分子在水面上可形成單分子層結(jié)構(gòu) 。 鋪 展 在 水 溶 液 表 面 上 的 二 維 連 續(xù) 的 單 分 子 層 (Langmuir 膜 , 利用適當?shù)臋C械裝

17、置 , 將一個或多個 單分子層從水溶液表面逐層轉(zhuǎn)移 、 組裝到固體基片 表面所形成的薄膜 , 稱為 Langmuir 2Blodgett (LB 膜 ,相應的技術(shù)被稱為 LB 膜技術(shù) 。 LB 膜技術(shù)被用來制備高度有序 、 排列致密 、 厚度精確的單分子膜 。制備負載于材料表面的仿細胞膜結(jié)構(gòu)的脂質(zhì)體 雙層膜已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注 , 因為這種 LB 膜既可 作為研究細胞和分子間相互作用的手段 , 又可用于 生物傳感器及人工器官的生物活性涂層 6,7,37 39。 在許多研究中 , 不同化學組成 、 飽和度及尺寸的磷脂 分子被用來構(gòu)建脂質(zhì)體膜 。 由于它們具有形成緊密 層狀結(jié)構(gòu)的自組裝能力 , 從而

18、抑制了非選擇性的蛋白質(zhì)吸附 40 43。 用卵磷脂制備的 LB 膜表現(xiàn)出較好 的血液相容性 44。, , LB 。在提高 LB 膜的穩(wěn)定性方面 , 膜45 53。聚合作用在增強 LB 膜穩(wěn)定性的同時 , 也限制了膜內(nèi)分子的運動或流動性能 。 Chaikof 等 54用不 對稱連接的卵磷脂構(gòu)建仿細胞膜表面 , 在保持分子 運動性能的同時 , 提高了 LB 膜的穩(wěn)定性 , 為研究高 性能仿細胞膜表面結(jié)構(gòu)提供了新選擇 。 LB 膜結(jié)構(gòu) 明確 , 可以逼真地體現(xiàn)細胞膜的結(jié)構(gòu)及其功能 , 已成 為研究細胞和分子間相互作用的主要手段 。 但由于 LB 膜穩(wěn)定性差 、 很難實現(xiàn)非平面材料的表面改性等 局限性

19、 , 使得 LB 膜方法在生物材料表面改性的應 用前景還不是很樂觀 。 213 共混及互穿網(wǎng)絡(luò)改性共混聚合物是由兩種以上聚合物混合得到的多 組分體系 。 由于共混聚合物在設(shè)計和制備方面非常 靈活 , 共混已經(jīng)被發(fā)展成為獲得新型高分子材料的 主要手段 。 在提高生物相容性方面 , 含磷酰膽堿聚 合物也被用來與聚砜 55、 P LG A 56、 聚氨酯 57 59等共 混形成具有納米或微米相分離的磷酰膽堿表面 。 含 磷酰膽堿聚合物的極性較強 , 與極性弱的聚合物混 合的相容性較差 , 因而很難獲得結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 、 功能突出 的共混體系 。 在溶液中將聚合物各組分分別交聯(lián)形 成各自的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) , 不同

20、聚合物網(wǎng)絡(luò)相互穿插可形 成聚合物互穿網(wǎng)絡(luò) (interpenetrating polymer netw orks , IPNs 。 互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中不同聚合物之間沒有化學 鍵連接 , 因而互穿網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的共混體系 。 IPNs 用連鎖結(jié)構(gòu)克服了普通共混體系的穩(wěn)定性難 題 , 在生物材料的研究與開發(fā)領(lǐng)域有良好的應用 前景60 66。Ishihara 等 60,67,68用 MPC 和甲基丙烯酸 222乙基 己基酯在處于半溶解狀態(tài)的聚氨酯膜中聚合 , 獲得0361 化 學 進 展第 20卷了物理性能和生物相容性均較理想的半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)的改性材料 。 含有 PC 聚合物的共混及互穿網(wǎng)絡(luò) 材料 ,

21、 其表面微相區(qū)中的 PC 聚合物鏈段或 PC 基團 在含水液體界面自發(fā)進行取向遷移 , 形成仿細胞外 層膜結(jié)構(gòu) , 表現(xiàn)出生物相容性 。所以 , 增大 PC 聚合 物在材料表面區(qū)域的含量及 PC 基團的表面覆蓋率 將是提高這類材料生物相容性的研究重點 。 214 表面接枝磷酰膽堿基團生物材料的表面結(jié)構(gòu)基本決定了材料與生物分 子及細胞的相互作用 69,70。 用化學鍵合法將磷酰膽 堿基團接枝到材料表面 , 形成穩(wěn)定的仿細胞外層膜 結(jié)構(gòu) , 這無疑是改善生物相容性的一種方法 。由于 大部分材料表面缺乏直接進行接枝化學反應的官能 團 ,等 71,酰膽堿基團的表面 72,73合成了含羥基的 磷酰膽堿并

22、用二元異氰酸酯作 “ 橋梁” 將其鍵合于具 有羥基的生物材料表面 , 為不凝血生物材料研究提 供了另一途徑 。 化學接枝磷酰膽堿基團表面的生物 相容性可以獲得明顯改善 , 但光電子能譜表面元素 分析研究發(fā)現(xiàn) , 表面磷酰膽堿基團的接枝密度有限 , 難以達到足夠的磷酰膽堿基團密度及滿意的使用性 能 74,75。 大致有兩種因素制約磷酰膽堿基團的接枝 密度 , 一是固體表面的空間位阻 , 另一個是基團的靜 電排斥作用 。 在提高磷酰膽堿功能團在材料表面的 密度方面 , 各種各樣的表面聚合方法可以發(fā)揮各自 的優(yōu)勢 。215 表面接枝磷酰膽堿聚合物MPC 接枝聚合已成為高分子生物材料表面改 性 、 獲

23、取高表面密度的鍵合磷酰膽堿基團的有效方 法 。 與溶液均相聚合不同 , 表面接枝聚合反應要求 材料表面存在可引發(fā)聚合的組分 , 在化學反應 、 UV 照射 、 臭氧處理 、 2輻射等作用下進行 。南京大學林 思聰?shù)?76、 日本的 Ishihara 等 77用表面聚合法將磷 酰膽堿聚合物接枝到材料表面 , 使所修飾材料與血 液的相容性明顯提高 。 Feng 等 78用原子轉(zhuǎn)移自由 基聚合 (ATRP 方法將 MPC 接枝到自組裝層含有引 發(fā)劑的硅晶片表面 。 M orim oto 等 68在聚氨酯膜表面 交聯(lián)聚合 MPC , 形成納米尺寸的表面修飾區(qū)域 , 表 現(xiàn)出良好的抗血小板黏附性能 ,

24、這種修飾可用于彈 性高分子生物材料 。 徐志康等 79將甲基丙烯酸 N , N 2二 甲 基 氨 乙 基 酯 (N , N 2dimethylaminoethyl methacrylate 通過光誘導引發(fā)接枝聚合于聚丙烯膜 表面 , 然后接枝 22烷氧基 222氧代 21,3,22二氧磷雜環(huán) 戊烷 (22alkyloxy 222ox o 21, 3, 22dioxaphospholanes 獲得 具有不同疏水鏈的含磷酰膽堿聚合物修飾表面 。 Liu 等 80通過光誘導引發(fā)接枝共聚方法將磷酰膽堿 基團連接到聚乙烯膜表面 , 研究了連接鏈長度對磷 酰膽堿修飾表面血液相容性的影響 。T amada

25、等 81通過異氰酸酯將丙烯酸酯基團接 枝到 蠶 絲 表 面 , 然 后 與 含 磷 酰 膽 堿 基 團 的 單 體 (MPC 共聚得到表面接枝聚合物 , 改性后對血小板 的黏附作用顯著降低 。 生物材料的表面接枝還可通。 枝 酸 酯 共 聚 物 表 面 。 氧化鈦表面 , 使白蛋白的吸附量顯著降低 。通過硅氧鍵將 ATRP 反應 的 引 發(fā) 劑 102(22brom o 222methyl propionyloxy decyltrichlorosilane 經(jīng)自組裝固定在硅晶片表面 , 引發(fā) MPC 聚合到硅晶表面 。調(diào)節(jié)引發(fā)劑濃度和聚合度 , 可顯著降低纖維蛋白原 (fibrinogen 在

26、其表面的吸 附 84。216 自組裝單分子膜方法最近 20年來 , 自組裝單分子膜 (self 2assembled m onolayers ,S AMs 技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展 。由 于 S AMs 具有取向性好 、 有序性強 、 排列緊密等特 點 , 在生物應用材料表面改性方面扮演著越來越重 要的角色 。 自組裝單分子膜是化學自組裝的一種主 要類型 , 有時稱為表面自組裝 。自組裝單分子膜的 成膜機理是通過固液界面間的化學吸附 (反應 , 在 基體上形成化學鍵連接 、 取向排列緊密的二維有序 單分子層 , 是納米級的超薄膜 。溶液中活性分子的 頭基與基體表面的化學反應使活性分子占據(jù)基體表

27、 面上可以鍵接的位置 , 并通過分子間力使吸附分子 緊密排列 。用含磷酰膽堿的小分子對材料表面自組裝修飾 的設(shè)想 , 起源于細胞膜的兩親性天然磷脂雙分子層 結(jié)構(gòu) , 因而可看作仿細胞膜結(jié)構(gòu)修飾 。 20世紀 80年代 ,Chapman 等 4,85研究以磷脂基團直接修飾材料 表面 , 獲得抗凝血材料表面 ; T eg oulia 等 15,86將含磷 酰膽堿分子自組裝到金表面 , 得到優(yōu)良的抗白細胞 黏附效果 。 含磷酰膽堿活性分子與基體材料表面的 自組裝化學反應主要通過硫醇化學和有機硅氧烷連 接 , 可實現(xiàn)多種材料表面仿細胞膜結(jié)構(gòu)修飾 87 90。 Whitesides 等 91,92和 J

28、iang 等 93研究組通過 S AMs 技 1361第 10期 宮 銘等 生物醫(yī)用材料表面仿細胞膜結(jié)構(gòu)改性術(shù)研究兩性離子非特異阻抗作用 , 開展了細胞膜仿 生機制的探索性研究 , 對建立材料表面的組成結(jié)構(gòu) 與功能的內(nèi)在聯(lián)系提供了思路 。用自組裝單分子膜來模擬細胞膜具有以下優(yōu) 點 。 (1 功能基團模擬 :Chung 等 89的研究結(jié)果表 明 , 細胞膜外層的磷酰膽堿基團可以通過化學鍵被 固定在材料表面 , 實現(xiàn)細胞膜表面親水基團模擬 。 (2 結(jié)構(gòu)及形貌模擬 :用柔性長鏈及天然磷脂在材料 表面組裝 、 模擬細胞膜結(jié)構(gòu) 80,94 97。 (3 功能模擬 :人工仿細胞膜具有生物細胞膜的部分功能

29、 , 如物質(zhì) 傳輸 、 用特定酶或蛋白質(zhì)對分子的識別等 98 100。 自組裝成膜技術(shù)與 LB 成膜技術(shù)相比 , 具有操 作簡單 、 膜的熱力學性質(zhì)好 、 膜穩(wěn)定的特點 , 對研究意義 。系統(tǒng) 。相容化改性技術(shù) , , 具有較大的應用前景 。另一方面 , 由于自組裝單分 子膜通常局限于在玻璃 、 硅片 、 金 、 銀表面形成 , 加之 合成具有與材料表面基團鍵合的 , 含有 PC 基團的 反應性分子比較困難 , 使得 S AMs 技術(shù)在生物材料 表面仿細胞膜結(jié)構(gòu)改性方面的應用 , 目前還存在一 定局限性 。3 生物相容性機理關(guān)于材料生物相容性的機理研究 , 目前還沒有 完全了解清楚 101。在

30、仿細胞膜結(jié)構(gòu)表面改性研究 方面 , 隨著生物相容性事例的增加 , 各種機理相繼被 提出 。 無論何種理論 , 均不否認仿細胞外層膜結(jié)構(gòu) 表面具有良好生物相容性的事實 。 有代表性的幾種 機理簡述如下 。Ishihara 研究組通過大量實驗研究提出了磷酰 膽堿基團水合理論 3,102, 該生物相容性理論認為 , 聚 合物表面磷酰膽堿基團兩性離子結(jié)構(gòu)的強極性 , 使 其結(jié)合有大量水 , 在材料表面形成了結(jié)合緊密的水 層 , 從而有效地抑制了由疏水作用誘導所引起的蛋 白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化與吸附 103?；诘鞍踪|(zhì)吸附的細胞 黏附作用也大大降低 102,104。該理論要求聚合物材 料中磷酰膽堿基團有一定的運動

31、自由度 , 與體液接 觸時材料表面的基團取向發(fā)生變化形成磷酰膽堿基 團富集的界面 32,105。因此 ,Park 等 106認為 , 涂層在 水合狀態(tài)下仿細胞膜結(jié)構(gòu)表面的重新排列能力及 PC 基團的運動性能對生物相容性有重要貢獻 。不 難想象 , 含親水的磷酰膽堿及憎水烷基的聚合物涂 層 , 為降低其表面能 , 在干燥狀態(tài)下很自然地形成憎 水烷基表面取向結(jié)構(gòu) 。 如果涂層的表面結(jié)構(gòu)不能重 新排列或 PC 基團不能運動 , 就不能形成磷酰膽堿 基團表面取向的仿細胞膜結(jié)構(gòu) , 因而難以體現(xiàn)出它 應有的生物相容性 。國內(nèi)學者林思聰提出了 “維持正常構(gòu)象” 假 說 107,108。 作為抗凝血生物醫(yī)用

32、材料 , 其表面的分子 結(jié)構(gòu)應能維持與其相接觸的血蛋白 /血細胞的正常 構(gòu)象 。 該學說從蛋白質(zhì)及組織與生物材料表面相互 作用入手 , 較好地解釋了蛋白質(zhì)構(gòu)象變化與吸附的 關(guān)系 。認為大 /構(gòu)象狀態(tài) 。4 發(fā)展趨勢及展望自英國 Biocom patibles Ltd 公司于 1995年研制出 磷酰膽堿聚合物涂層的血管支架 , 美國 FDA 于 2000年批準了 Biocom patibles Cardiovascular Inc 1涂覆磷酰 膽堿聚合物涂層的血管支架 BiodivY sio T M AS 以后 , 仿 細胞膜結(jié)構(gòu)改性材料的應用才逐步開始 。 在中國政 府 863計劃的支持下 ,

33、 一種仿細胞膜的磷酰膽堿聚 合物基涂層材料也在浙江大學研制成功 , 可望用于 藥 物 涂 層 支 架 的 生 產(chǎn) 。到 2007年 , Vertellus S pecialties Inc 1開始提供不同用途的磷酰膽堿聚合 物涂層產(chǎn)品 , 標志著仿細胞膜結(jié)構(gòu)改性材料將進入 實際應用階段 。在基礎(chǔ)研究方面 , 生物醫(yī)用材料表面改性正處 于多方向 、 多層次的發(fā)展階段 。仿細胞膜結(jié)構(gòu)表面 改性技術(shù) , 作為生物醫(yī)用材料研究領(lǐng)域發(fā)展最快 、 應 用前景廣闊的新技術(shù) , 總體上還處在基礎(chǔ)的應用研 究階段 。 在化學 、 生物學 、 材料學及醫(yī)學等相關(guān)交叉 學科理論知識的引導和啟發(fā)下 , 隨著相關(guān)新技術(shù)

34、 、 新 方法不斷出現(xiàn)和完善 , 圍繞生物醫(yī)用材料表面改性 實際應用的一系列難題正在逐漸被攻克 。 仿細胞膜 結(jié)構(gòu)表面改性技術(shù)及材料從最初的血液相容性應用 基礎(chǔ)研究 , 正在擴展到組織相容性 、 藥物靶向控釋 、 組織工程 、 基因治療等領(lǐng)域 。 預計 5 10年內(nèi) , 在細 胞膜組成結(jié)構(gòu) 、 形貌及特定功能等方面精細模擬與 構(gòu)建的基礎(chǔ)研究和實際應用 , 可能會有突破性進展 。 這些研究成果將體現(xiàn)在仿細胞膜結(jié)構(gòu)改性材料在如 下領(lǐng)域的推廣使用及可能達到的良好效果上 :(1 用 于體內(nèi)植入器件上 , 基本消除現(xiàn)有材料的生物相容2361 化 學 進 展 第 20卷第 10 期 宮 銘等 生物醫(yī)用材料

35、表面仿細胞膜結(jié)構(gòu)改性 27 28 29 30 1633 性問題 ; ( 2 用于血液滲析膜及血液灌流器 , 顯著降 低血液有效成分的損失 ; ( 3 模擬細胞外基質(zhì) , 實現(xiàn) 干細胞的體外擴增培養(yǎng) ; ( 4 基于仿細胞膜的精細結(jié) 構(gòu) ,抗污染的各種高靈敏度生物傳感器將應用于生 物醫(yī)學領(lǐng)域 。 參 考 文 獻 1 2 3 4 5 Rouhi A M. Chem. Eng. News , 1999 , 73 (3 : 51 59 Kadoma Y, Nakabayashi N , Masuhara E , et al . Ronbushu , 1978 , 35 : 423 427 Ishiha

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