陳 翠，丁侃賢，李志云，龐來興，祝方明

(中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，廣東 廣州 510275)

血管內(nèi)介入診療技術(shù)是一種借助于介入導(dǎo)管通過血管管腔到達(dá)體內(nèi)較遠(yuǎn)的病灶處，然后注入診療劑實(shí)現(xiàn)“低創(chuàng)”、“少創(chuàng)”治療的一種新興醫(yī)療技術(shù)[1]。血管內(nèi)介入導(dǎo)管是血管內(nèi)介入技術(shù)的主要器械之一，理想介入導(dǎo)管應(yīng)具有以下特點(diǎn)：①優(yōu)良的血液相容性；②優(yōu)良的可操作性，包括扭矩傳導(dǎo)性和抗扭結(jié)性；③適當(dāng)?shù)娜彳浶院土己玫臐櫥?。與聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)等其他材料相比，醫(yī)用聚氨酯(PU)具有優(yōu)異的力學(xué)性能和一定的生物相容性，基本能滿足這些要求，是制作介入導(dǎo)管等血液接觸裝置的理想材料[2]。隨著現(xiàn)代診療技術(shù)的提高，中心靜脈導(dǎo)管植入已經(jīng)成為臨床上救治重?；颊叩囊环N常規(guī)手段。但是，中心靜脈導(dǎo)管植入也帶來了各種并發(fā)癥。其中，引發(fā)凝血和感染一直是困擾醫(yī)務(wù)人員的一個(gè)棘手問題，因此，其表面抗凝血和抗感染的修飾改性已成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果表明，中心靜脈導(dǎo)管表面抗感染改性的方法主要有三種：①在導(dǎo)管表面浸漬或涂覆抗生素或殺菌劑[3-4]；②基體材料中添加抗菌劑，通過共混將抗菌物質(zhì)直接加入到高分子材料中[5]；③通過化學(xué)鍵將抗菌基團(tuán)接枝在基體材料上或者將抗菌劑嵌入基體材料使材料本身具有抗菌效果[6]。方法①中抗菌物質(zhì)通過物理方法附著在導(dǎo)管表面，在使用過程中容易脫落，抗菌性能常與預(yù)期的理想效果有差距；方法②存在無機(jī)抗菌劑易變色、有機(jī)抗菌劑易揮發(fā)和釋放毒性、破壞基體材料結(jié)構(gòu)和性能等問題，而且共混的方法雖然能將抗菌物質(zhì)均勻地分散在導(dǎo)管基材中，但所得改性導(dǎo)管表面的抗菌物質(zhì)濃度相對較低，導(dǎo)管的抗感染高效性和有效期受限制；而方法③，接枝改性或嵌入抗菌基團(tuán)后的導(dǎo)管在保留基體材料原有的性能外，具有良好的抗菌性能。

本文采用紫外光接枝技術(shù)，將聚乙烯基吡咯烷酮(聚維酮，PVP)接枝在聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管(PU)表面，然后與碘絡(luò)合，得到表面接枝聚維酮碘(PVP-I)的改性導(dǎo)管。Heiden等[7]通過紫外光輻照，處理聚醚型聚氨酯表面，再將帶有磷酸膽堿基的化合物接枝在表面，得到的聚氨酯材料對血小板的黏附作用明顯降低，血液相容性也得到了提高。Hsu等[8]將聚氨酯在四氫呋喃中溶解后用氬氣等離子氣處理，再浸入左旋丙交酯溶液中反應(yīng)，得到的改性薄膜表面接枝有左旋丙交酯，對血小板的黏附有較大幅度的減小。本文通過紫外光接枝，在聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管材料表面接枝高親水性高分子PVP，改善材料表面的潤滑性。而PVP-I與碘酒具有同等的殺菌消毒效果，而且沒有對生物體的刺激性和其他副作用[9]。該方法不但提高導(dǎo)管的潤滑性和抗感染性，同時(shí)也能降低蛋白介導(dǎo)的細(xì)菌在材料表面的粘附，全面改善導(dǎo)管的抗感染性能[10]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

N-乙烯基吡咯烷酮(NVP，上海晶純試劑有限公司)、Irgacure 907(瑞士Ciba公司)、無水乙醇(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、n-庚烷(φ>97.0%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、碘(天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠)、氯化鈉(天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司)為分析純；二苯甲酮(BP，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)為化學(xué)純；細(xì)菌學(xué)蛋白胨(廣東環(huán)凱微生物科技有限公司)，牛肉浸膏(廣東環(huán)凱微生物科技有限公司)；大腸桿菌(D)、白色葡萄球菌(B)、金黃色葡萄球菌(J)、蠟樣芽孢桿菌(L)的菌懸液，由中山大學(xué)有機(jī)化學(xué)研究所化學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供；聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管，由珠海福尼亞醫(yī)療設(shè)備有限公司提供。

紫外光譜燈(光源波長為365 nm)；單孔電熱恒溫水浴鍋；分析天平；不銹鋼手提式高壓蒸汽滅菌器；恒溫振蕩器(IS-RDV1)；雙光束紫外可見分光光度計(jì)(TU-190)。紅外光譜儀(Nicolet 205 FTIR)。

1.2 聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管表面紫外光輻照接枝PVP

取一定長度的聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管將其兩端封口，在體積比為1∶1的乙醇和超純水的混合液中超聲洗滌2 h后，真空干燥至恒質(zhì)量。將聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管置入含有引發(fā)劑Irgacure 907和光敏劑二苯甲酮的不同濃度的NVP的乙醇溶液中浸泡約2 min，然后取出在氮?dú)夥諊凶贤夤饩鶆蜉椪?0 min，冷卻后在65 ℃的水浴中純水浸泡24 h，其間換水6～8次，真空干燥至恒質(zhì)量，計(jì)算每組聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管表面的接枝率。

1.3 聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管表面接枝PVP-I

將表面接枝PVP的聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管置入盛有0.01 g/mL碘的φ=95%的乙醇溶液中絡(luò)合，每組分成4小組，各浸泡5、10、15、20 min后，取出晾干，在n-庚烷中浸泡24 h除去表面沒有絡(luò)合上的游離碘，真空干燥后密封保存。

1.4 抗菌性能測試

1.4.1 培養(yǎng)基的制備 參照文獻(xiàn)[11]，制備牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基，調(diào)節(jié)pH在7.2～7.5范圍內(nèi)，分裝在小試管中，每支2 mL，用棉塞塞好，高壓蒸汽滅菌后冷卻備用。

1.4.2 接種培養(yǎng) 將一定長度表面接枝聚維酮碘的聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管剪切后添加到滅菌后的液體培養(yǎng)基中，培養(yǎng)基分別添加2 μL大腸桿菌、白色葡萄球菌、金黃色葡萄球菌和蠟樣芽孢桿菌的菌懸液，每組實(shí)驗(yàn)平行三次。設(shè)置空白試驗(yàn)，即：滅菌后的培養(yǎng)基(KK組)，培養(yǎng)基滅菌后分別接種2 μL大腸桿菌(KD組)、白色葡萄球菌(KB組)、金黃色葡萄球菌(KJ組)和蠟樣芽孢桿菌(KL組)的菌懸液。用棉塞塞好試管口，置于恒溫振蕩器中37 ℃下恒溫培養(yǎng)16～18 h。

采用雙光束紫外可見分光光度計(jì)測定每個(gè)培養(yǎng)基的濁度，并用Origin等軟件分析所得的數(shù)據(jù)，繪制抗菌性能曲線。

2 結(jié)果與討論

反應(yīng)機(jī)理中分光接枝過程和絡(luò)合過程。

光接枝過程分為鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止3步。

鏈引發(fā)：

(1)光敏劑在紫外光照射后將獲得的能量轉(zhuǎn)移到本體材料PU上；

(2)引發(fā)劑在紫外光照射后斷裂形成初級自由基引發(fā)單體聚合。

這里X─Y是指引發(fā)劑，X·和Y·指引發(fā)劑斷裂后生成的初級自由基。

絡(luò)合過程：PU-g-PVP+I2→ PU-g-PVP-I2

反應(yīng)過程圖見圖1。

圖1 反應(yīng)過程示意圖

2.1 聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管表面接枝PVP

采用FTIR表面全反射光譜對聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管表面接枝PVP前后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較，如圖2所示。聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管表面的紅外譜圖在1 300～1 050 cm-1處有兩個(gè)酯基C-O伸縮振動吸收峰，在1 735 cm-1處有酯基中羰基強(qiáng)的伸縮振動吸收峰，在1 550～1 530 cm-1區(qū)域有N-H彎曲振動吸收峰。而PVP為含有-CON-基團(tuán)的高分子，紅外譜圖中在1 673 cm-1處有強(qiáng)的反射峰，在1 270 cm-1處有C-N鍵伸縮振動峰。

圖2 接枝前后聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管的FTIR表面全反射光譜

將接枝前聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管(PU)和表面接枝PVP后的導(dǎo)管表面(PU- PVP)的全反射譜圖進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)后者在1 290 cm-1和1 660 cm-1處新增了較強(qiáng)的吸收峰。由此證明，在聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管表面已接枝上PVP分子鏈。

2.2 聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管表面接枝PVP-I

表1為NVP濃度和與碘絡(luò)合時(shí)間對聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管表面紫外光輻照接枝PVP的接枝率和絡(luò)合碘的量的影響結(jié)果。

表1 NVP的濃度對PVP接枝率和與碘絡(luò)合量的影響

表1所示，NVP濃度增大，PVP的接枝率幾乎隨之呈正比例增大。接枝后的聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管表面變得更光滑、更有光澤，表明PVP已經(jīng)成功并均勻地接枝在導(dǎo)管表面。此處不再對更大濃度的NVP溶液下導(dǎo)管表面PVP的接枝率進(jìn)行研究，是考慮到較大濃度的NVP溶液可能會對導(dǎo)管表面的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。隨著PVP接枝率的增大，碘的絡(luò)合量增大。這是因?yàn)榻又β瘦^大時(shí)PVP分子鏈上碘的絡(luò)合點(diǎn)較多，形成的PVP-I也較多。隨著與碘絡(luò)合時(shí)間的增長，PVP接枝率相同的導(dǎo)管表面碘的絡(luò)合量增大，但這種絡(luò)合作用會隨著時(shí)間的延長達(dá)到飽和，表1中絡(luò)合時(shí)間從10 min增至15 min時(shí)，碘的絡(luò)合量增大幅度較大，但從15 min增至20 min時(shí)，碘的絡(luò)合量增幅較小，絡(luò)合反應(yīng)趨于平衡。

2.3 抗菌性能研究

2.3.1 PVP接枝率和與碘絡(luò)合時(shí)間對改性導(dǎo)管抗菌性能的影響 圖3所示為表1中編號為1、2、3、4的樣品對大腸桿菌的抗菌性能曲線。其中，縱坐標(biāo)表示液體培養(yǎng)基的紫外吸收值，對應(yīng)培養(yǎng)基的濁度值，濁度越靠近KK組濁度水平，抗菌性能越明顯。(也適用于后文中抗菌性能曲線圖)

圖3 PVP接枝率對改性導(dǎo)管的抗菌性能曲線的影響

如圖所示，4種不同接枝率的改性導(dǎo)管都有一定的抗菌能力，曲線1和2在培養(yǎng)基中的導(dǎo)管長度增大到5 cm后才有明顯的下滑趨勢，但曲線3和4隨著導(dǎo)管長度的增加下滑趨勢比較陡峭，且曲線4最先達(dá)到KK組的濁度水平。上述結(jié)果表明，隨著接枝率增大，改性導(dǎo)管的抗菌性能增強(qiáng)，且接枝率為6.11%的改性導(dǎo)管具有最優(yōu)越的抗菌效果。

3、5、6、7號樣品為PVP接枝率相同、與碘絡(luò)合時(shí)間不同的條件下所得的改性導(dǎo)管，其抗菌性能曲線如圖4所示：

圖4中，隨著改性導(dǎo)管長度增加，4條曲線均在下滑，即4個(gè)樣品的培養(yǎng)基濁度都在減小，長度增大到某一值后，曲線變得平緩，即濁度減小至KK組水平并保持穩(wěn)定。其中，與碘絡(luò)合時(shí)間為15 min的改性導(dǎo)管的抗菌性能曲線下滑趨勢最為陡峭，對應(yīng)樣品培養(yǎng)基的濁度值減小得最快，抗菌性能最為強(qiáng)效。

圖4 與碘絡(luò)合時(shí)間對抗菌性能曲線的影響

2.3.2 有效期 將在4種不同PVP接枝率、與碘絡(luò)合時(shí)間均為15 min條件下的改性導(dǎo)管在相同條件下干燥保存，分別在放置2、7、15、30、45、60、68 d后對大腸桿菌做抗菌性能測試，總結(jié)抗菌有效期,結(jié)果列表2。

表2 改性導(dǎo)管抗菌有效期

測試結(jié)果表明，改性導(dǎo)管的抗菌有效期隨著接枝率的增大而延長，這是因?yàn)榻又β瘦^大的聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管表面有較多的PVP-I，而且PVP這種親水性極強(qiáng)的分子鏈大大地提高了材料表面的潤滑性，減少了細(xì)菌在導(dǎo)管表面滯留和增殖的可能。

2.3.3 廣譜性 圖5中(a)、(b)、(c)、(d)分別為表1中6號樣品對大腸桿菌、白色葡萄球菌、金黃色葡萄球菌和蠟樣芽孢桿菌的抗菌性能曲線圖。由圖知，PVP-I改性導(dǎo)管對4種菌都呈現(xiàn)出比較明顯的抗菌性能，并且隨著改性導(dǎo)管長度的增加，抗菌效果愈加明顯；當(dāng)改性導(dǎo)管的長度達(dá)到2.0 cm后，所測大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、蠟樣芽孢桿菌培養(yǎng)液的濁度驟然降至接近于KK組的水平；PVP-I改性導(dǎo)管在長度為0.5 cm時(shí)便達(dá)到了對白色葡萄球菌的穩(wěn)定強(qiáng)效抗菌性能。上述結(jié)果表明，PVP-I改性聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管具有廣譜抗菌性能。

圖5 改性導(dǎo)管對不同菌種的抗菌性能曲線

3 結(jié) 論

本文通過優(yōu)化接枝條件，得到接枝率不同的PVP-I改性聚氨酯中心靜脈導(dǎo)管。表面接枝PVP-I改性導(dǎo)管對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色葡萄球菌、蠟樣芽孢桿菌都有明顯的抗菌能力，體現(xiàn)了改性導(dǎo)管的廣譜抗菌性。通過對改性導(dǎo)管抗菌性能的測定總結(jié)出，在所研究范圍內(nèi)，PVP接枝率的越大，PVP-I改性導(dǎo)管的抗菌性能越好。

參考文獻(xiàn)：

[1]武衡,王翔.介入導(dǎo)管的表面改性研究進(jìn)展 [J].科技資訊,2010 (10):12-13.

[2]周雪鋒,江筱莉,顧寧.醫(yī)用聚氨酯表面功能化與血液相容性 [J].化工學(xué)報(bào),2009,60(06):1341-1343.

[3]BASAK P,ADHIKARI B,BANERJEE I.Sustained release of antibiotic from polyurethane coated implant materials [J].J Mater Sci Mater Med,2009,20(5B):S213-S221.

[4]程莉萍,胡英,鄭昌瓊,等.聚氨酯抗菌創(chuàng)傷敷料的制備及其滅菌效果的研究 [J].生物醫(yī)學(xué)工程研究,2004,23(4):240-243.

[5]SIMMONS A,PADSALGIKAR A D,FERRIS L M.Biostability and biological performance of a PDMS-based polyurethane for controlled drug release [J].Biomaterials,2008,29(20): 2987-2995.

[6]溫志國,董聲雄,李春艷.聚氨酯抗菌生物材料的研究進(jìn)展 [J].化工新型材料,2010,38(11):24-26.

[7]VANNDER HEIDEN A P,WILLEMS G M,LINDHOUT T,et al.Adsorption of proteins onto poly(ether urethane) with a phosphorylcholine moiety and influence of preadsorbed phosphplipid[J].J Biomed Mater Res,1998,40(2): 195.

[8]HSU S H,CHEN W C.Improved cell adhesion by plasma-induced grafting ofL-lactide onto polyurethane surface[J].Biomaterials,2000,21(4): 359-367.

[9]崔英德,易國斌,廖列文.聚乙烯基吡咯烷酮的合成與應(yīng)用 [M].北京：科學(xué)出版社,2001:161.

[10]FUJIMOTO K J,TADOKORO H,UEDA Y.Polyurethane surface modification by graft polymerization of acrylamide for reduced protein adsorption and platelet adhesion [J].Biomaterials,1993,14 (6): 442-448.

[11]蔡信之,黃軍紅.微生物學(xué) [M].北京：高等教育出版社,2002: 394-395.