（材料学专业论文）改性聚酯纤维织物的抗凝血性能研究.pdf

北京服装学院2 0 0 7 届研究毕业设计( 论文) 聚酯纤维织物的抗凝血性能研究 摘要 聚酯纤维对人体安全、无毒，具有良好的机械性能，低的吸水性，对人 体的体液具有高抗渗透性，因此，其作为生物医学材料具有广阔的应用前景。 然而，当聚酯纤维纺织品植入人体后，其血液相容性不能满足长期使用 要求，常导致凝血形成血栓，直接影响材料的使用寿命和患者安全。 本文一方面通过对聚酯纤维原料进行改性，制备了具有抗凝血功能的聚 酯纤维，另一方面研究了聚酯纤维织物织造结构对抗凝血性能的影响。 本文在抗凝血改性聚酯合成前期研究基础上，批量合成了经纳米粉体及 磺酸盐改性的抗凝血改性聚酯，而后经纺丝，制成具有不同织造结构的纺织 品。采用s y s m e xc a - 5 0 凝血仪测定了不同织物的a p t t 、p t 、t t 等凝血时间， 采用扫描电镜研究了织物的血小板粘附性能。上述研究结果表明：在相同织 造组织结构下，纤维纤度越小，织物抗凝血性能越好；织物结构越紧密，抗 凝血性能越差；在平纹、斜纹和缎纹三种组织结构中，缎纹织物在一定程度 上不易引起凝血；对于磺酸盐改性聚酯纤维织物而言，斜纹的抗凝血性能要 比平纹好而对于纯p e t 织物而言，平纹的抗凝血性能优于斜纹。 关键词：聚酯：纳米氧化锌；磺酸基团；离子交换；血液相容性；抗凝血性 能：织物结构；凝血时间； 北京服装学院2 0 0 7 届研究毕业设计( 论文) a n t i c o a g u l a n n gp r o p e r t yr e s e a r c ho fp o l y e a t e r f a b r i c s a b s t r a c t p o l y e s t e r s f i b e r s a p p l i e dw i d e l y i nb i o m e d i c a lm a t e r i a l sb e c a u s eo fi t s e x c e l l e n tm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，l o wa b s o r p t i o n , h i g h l yr e s i s tt oh u a m a n sb o d y f l u i da n ds a f et oh u m a nb o d y s h o w e v e r ，b i o m e d i c a lm a t e r i a l sm a d eo f p o l y e s t e rf i b e r sc a n tm e e to u rn e e d a f t e ri m p l a n ti nh u m a nb o d y sb e c a u s el o n gt i m ed i pi nt h eb l o o do f t e nl e a dt o t h r o m b o s i s ，d e c r e a s ei t su s e f u ll i f ed i r e c t l ya n db r i n gd a n g e rt os u f f e r e r s 。 i no r d e rt oe n h a n o eb l o o dc o m p a t i b i l i t y , f o ro n et h i n g ，w em o d i f yp o l y e s t e r s ； f o r t h eo t h e r , w es t u d yt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nf a b r i cs t r u c t u r e sa n d a n t i c o a g u l a t i n gp r o p e r t i e s o nt h eb a s i so f p a s tt i m ep o l y m e r i z a t i o nr e s e a r c hw ep o l y m e r i z ep o l y e s t e r s b l e n d e dw i t hz n on f l n op a r t i c a l sa n dp o l y e s t e r si n t r o d u c e dw i t hs u l f o n i cr a d i c a l s ， s p i na n df i n a l l ym a d e i n t of a b r i c so fd i f f e r e n ts t r u c t u r e s w eu s es y s m e xc a - 5 0 b l o o dc o a g u l a t i o na n a l y z e rt od e t e c ta p t t 、p t 、t tc o a g u l a t i n gt i m eo fd i f f e r e n t f a b r i c sa n ds e mt os t u d yb l o o dp l a n e ta d h e r e n c ep r o p e r t yo ff a b r i c s r e s u l t s s h o w e dt h a t ：t h ef i n e rt h ef i b e ri s ，t h eb e t t e ra n t i c o a g u l a t i n gp r o p e r t yi tp o c e s s ； 2 北京服装学院2 0 0 7 届研究毕业设计( 论文) f a b r i cw i t hm o r ec o m p a c ts t r u c t u r e sh a sb e t t e ra n t i c o a g u l a t i n gp r o p e r t y ；f o rc d p f a b r i c ，t h et w i l l sa n t i c o a g u l a t i n gp r o p e r t yi ss u p e r i o rt ot h ep l a i n sw h i l ef o rp e t f a b r i c ，t h i n g sg o e st h eo p p o s i t e k e y w o r d s ：p o l y e s t e r ：z n on a n o - p a r t i c l e s s u l f o n i cr a d i c a l s ：i o ne x c h a n g e ) b l o o dc o m p a t i b i l i t y ：a n t i c o a g u l a t i n gp r o p e r t y ；f a b r i cs t r u c t u r e s ：c o a g u l a t i n gt i m e 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和 集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人 承担。 靴敝储鹕：啼翻 签字日期：_ 司年弓月f 口同 学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解北京服装学院有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京服装学院。学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅 和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印 或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：莒。舞一 导师签名 签字日期：压司年= 月f 口日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 签字目期：2 。叼年 电话 邮编 p 日 萨 f 北京服装学院2 0 0 7 届研究毕业设计( 论文) 刖舌 自有历史记载以来就有利用纺织品作人体器官替代品的记录。在古埃及时代人们就已 能利用亚麻线作外科手术后的伤口缝合。在最近的6 0 年中，由于纤维纺纱技术的进步，纺 织品用于人体的各种应用剧增。新的生物材料和生态纺织品被生产并用于修补和替补有疾 病、受伤的人体组织和器官。 聚对苯二甲酸乙二酯( p o l y e t h y l e n et e r e p h t h a l a t e ，p e t ) 纤维是产量最大的合成纤维品 种，在纺织服装及其它工、农业领域具有广泛应用。随着人们对聚酯纤维认识的不断深入， 其在生物医学材料领域内的应用越来越广泛。聚酯纤维对人体安全、无毒，具有良好的机 械性能，低的吸水性，对人体的体液具有高抗渗透性，因此其作为生物医学材料具有广阔 的应用前景。当前，聚酯纤维已应用于血管修复、外科用手术线、人工心脏瓣膜、人工血 管、缝合缘等方面。尽管聚酯纤维具有上述优异性能，但是当聚酯纤维制成的生物医用材 料植入人体后，其血液相容性不能满足长期使用要求，常导致凝血形成血栓，直接影响材 料的使用寿命和患者安全。目前聚酯纤维生物材料的凝血问题仍未得到彻底解决。 本文一方面通过对聚酯纤维原料进行改性，制备了具有抗凝血功能的聚酯纤维，另一 方面研究了聚酯纤维织物织造结构对抗凝血性能的影响。 本课题采用以下两种方法改性聚酯：( 1 ) 纳米z n o 粉体，分散剂p e g 与聚酯单体对苯 二甲酸乙二酯( b h e t ) 共混缩聚制取含纳米粉体的改性聚酯，其中纳米粉体的添加量为b h e t 加入质量的1 2 ，p e g 分子量2 0 0 0 ，与纳米粉体添加量的质量比为2 ：1 ；( 2 ) 在聚酯中 引入磺酸基团，使共聚物中一s 0 3 n a 的摩尔百分比为5 ，并采用离子交换的方法，将磺酸 改性聚酯上的一s 0 拼a 转变为一s o 扎以提高聚酯的抗凝血性能。得到的改性聚酯切片经纺 丝、织造得到织物，通过改变织物结构、密度，探讨织物结构等对血液相容性的影响。 本文采用日本s y s m e x 公司生产的c a - - 5 0 半自动血凝仪测定材料与血液接触后的血浆 凝血酶原时间( p t ) ，活化部分凝血激酶时间( a p t t ) 和血浆凝血酶时间( t t ) ；进行血小板粘 附实验并配以电子扫描显微镜( s e m ) 分析照片。测试样品包括：纯聚酯薄膜，磺酸基团 改性( c d p ) 和添加纳米粉体改性的薄膜，经各种浓度盐酸离子交换处理的磺酸基团改性 薄膜；各种织造结构、密度的聚酯、c d p 织物。 北京服装学院2 0 0 7 届研究毕业设计( 论文) 1 文献综述 自有历史记载以来就有用纺织品作人体可移植品的记录。在吉埃及就已经知道亚麻线 可用于外科手术的缝合来封闭病人的伤口。在最近的6 0 年由于纤维纺纱技术的进步，纺织 品用于人体的各种用途聚增。新的生物材料和生态纺织品被生产并用于修补和替补有疾病 的，受伤的组织和器官。 1 1 生物医用高分子材料 英国利物浦大学教授d e w i l l i a m s 提出了生物材料这一新概念【l 】。医用高分子材料 是和生物学、医学发展有关的高分子材料的总称【2 l ，它是以医用为目的，用于与活体组织 接触，具有诊断、治疗或替换机体中组织器官或者增进其功能的无生命高分子材科，是生 物材料的一个重要分支生物医用高分子材料有天然的和合成的两种，发展的最快的是合 成高分子医用材料 3 1 ，通过分子设计，可以获得很多具有良好物理机械性和生物相容性的 生物材料。 医用高分子材料发展的动力来自医学领域的客观要求，当人体器官或组织受到损伤 时，往往需要进行器官移植，而人体本身的自体器官或组织只有在很少情况下可以满足需 要。随着高分子科学的迅速发展，人们逐渐将高分子材料作为替代品，用来修复人体的器 官或组织。近些年来医用高分子材料的研究和开发十分活跃，目前与医用高分子材料相关 的医疗器件有两千多种【4 】，诊断制品两千五百多种以及各类药物制剂超过四万种，医用高 分子材料具有可观的市场，而其潜在市场更为广阔，在发达国家，医用高分子材料己形成 一个新的生物材料的产业，成为新兴的高科技产业。 1 1 1 生物医用高分子材料的血液相容性 生物相容性是医用材料研究的一个重要内容朝，是区别生物材料与其他材料的实质所 在，包括血液相容性与组织相容性。前者表示材料与血液之间相互适应的程度，而后者表 示材料与血液外的其他组织的相互适应程度。生物材料的研究以血液相容性( 目前强调抗 凝血性) 的困难更为突出嘲 3 北京服装学院2 0 0 7 届研究毕业设计( 论文) 1 1 1 1 血液相容性的整体概念 7 】 当生物材料作为异体组织植入到体内与血液接触后会发生相互作用，对人体及材料产 生各种影响，表述这种相互问的作用就是指出“血液相容性”的初衷。但迄今为止，对这 一概念的定义及研究方法仍然存在争议。现在已经认识到，血液相容性包括相当广泛的内 容，既有与材料接触后血小板血栓的形成( 血小板粘附，聚集，变形) 溶血，白细胞减少 等细胞水平的反应，又有凝血系统，纤溶系统激活等血浆蛋白水平反应，还有免疫成分改 变，血小板受体，a d p ( 二磷酸腺苷) 释放等分子水平反应。其机理和性能表征也异常复 杂。研究血液相容性时，单一孤立的参数并不能说明某种材料的血液相容性的优劣，试验 条件的不同也会得出不同的结论，因此应该在接近材料实际的使用环境下用综合的指标来 表征某种材料的血液相容性 r a l 基于医用高分子材料与血液相互作用产生的影响，有以下基本要求务必予以考虑”： ( 1 ) 粘附血小板较少，不激活血小板，不发生血栓。 ( 2 ) 不激活凝血系统以及促使凝血时间缩短。 ( 3 ) 无溶血作用。 ( 4 ) 不对血液中的其他成分产生影响。 医用高分子材料要在人体这一特殊的环境下使用，或用于与人体健康相关的目的，因 此除了以上提到的与血液相互作用的要求外，还要求医用高分子材料必须与器官、组织细 胞、细胞器及生物大分子相互容纳，对人体无毒、无热原反应、不致癌、不致畸，尽量具 备作为生物材料所必需的物理机械性能和无毒性等性能同时要求医用高分子材料必须具 备功能特性，也就是说，不同用途下的医用材料需要具备符合其使用要求的特有的功能特 性例如：作为人工肾脏的材料要具有高度的选择透过性能，作为人工心脏要有高度的 耐疲劳性，适当力学特性( 如硬度、模量、弹性等) 。 1 1 2 血栓的形成机镧 血栓指血液发生凝固或血液中某些成分相互粘集，从而形成的固体质块( 一般在活体 心脏或血管腔中出现) 其形成与血浆蛋白，凝血因子，血小板等多种血液成分有关，是 一种复杂阶层的反应。 生物材料接触血液产生血栓的机理如下图所示嘲： 4 北京服装学院2 0 0 7 届研究毕业设计( 论文) 血液与材料表面接触 l 凝血酶原活化+ 一血浆蛋白吸附 红血球粘附 j j i i 纤维蛋白沉淀血栓形成+ 一溶血 图1 1 生物材料接触血液产生血栓的机理图 生物材料与血液接触时会引起血液和材料的一系列反应。首先，由于血液中蛋白浓度 大于血小板，蛋白扩散速度也大于血小板，血浆蛋白( 纤维蛋白，白蛋白，球蛋白) 迅速 r 1 1 吸附在材料表面( 几秒) ，形成很薄的( 1 0 - 2 0 n m 厚) 蛋白质吸附层，随后引起血小板 的粘附，聚集和释放反应；与蛋白质和血小板吸附的同时，血液中的凝血酶原通过级联反 应的方式被快速激活，生成凝血酶；凝血酶催化血液循环中的可溶性的纤维蛋白原，从而 导致不溶的纤维蛋白的形成；纤维蛋白自发聚合成纤维网，加上被吸附积淀下来的血小板， 使血液由流动态变为冻胶态，最后滞结成块状的凝团，形成血栓。 可见，血小板的粘附于内皮下组织的功能，是形成血栓的第一步。血小板与材料的相 互作用首先为物理性结合，然后是血小板自身发生新陈代谢。血小板的检测，有助于对材 料与血液接触产生血栓的前后状态有一个直观的认识，便于比较不同材料的抗凝血性能。 1 1 3 与血液相容性有关的高分子材科本体结构 1 0 】 在生物材料血液相容性研究中，大多采用表面改性的方法来提高材料的血液相容性， 目前对于高分子材料结构进行的一些研究主要集中于以下几项： ( 1 ) 含水结构 正常人体心血管系统血液保持液体状态，环流不息，不发生凝固，原因是多方面的。 5 ，l因 血 凝 北京服装学院2 0 0 7 屉研究毕业设计( 论文) 其中一个重要的原因就是血管内皮，血液中的细胞成分和蛋白质类中的水均处于同一状 态，即：在蛋白质分子中心的1 0 0 埃以内，低分子离子的2 0 埃以内；血管内皮细胞，血 小板，红细胞最外层含有大量的碳水化合物，处在异常的吸水膨润状态，其构造类似含水 凝胶，凝胶层的水处于准结构状态。 基于这种机理，人们研究了高分子水凝胶的血液相容性研究发现，高分子水凝胶的 部分水处在准结构状态，这种状态明显影响了材料的渗透性，扩散系数以及与血浆蛋白的 相互作用。水凝胶与血液接触后这些性能会变化，结果又影响了高分子水凝胶的抗凝血性。 一般情况下，水凝胶含水量越高，高分子本体的含量相应减少，血小板在材料表面的粘附 量也随之下降。 ( 2 ) 表面电荷 正常血管壁内皮细胞电位为8 - - - 1 3 m v ，内皮细胞损伤后，胶原组织外露，电位变 正，随即形成血栓。由细胞电泳测定称：血小板，红细胞及白细胞在泳场中均向阳极移动， 表明它们表面均带有负电荷。 据以上原理。s a w y e r 于1 9 5 3 年就提出过抗凝血材料表面应该带有一定负电荷的假说。 血小板，红细胞及白细胞容易粘附在表面带有正电荷的材料上，进而引发凝血与血栓形成， 而带负电荷的高分子材料表面可以减少血小板的粘附，从减少血小板粘附的角度看，确实 可以提高材料的抗凝血性能。有作者( 如m a t s u d a ) 提出在有抗凝血性的电荷高分子表面 具有正，负离子镶嵌结构，在此结构下，为抑制血小板粘附，材料总体呈负电性，局部微 观上为防止凝血因子活化，在1 0 0 埃范围内带正电荷。此假说曾经被b i x l e r 的实验结果支 持。 ( 3 ) 表面张力和界面自由能 材料和血液的相互作用主要是在界面上发生的。因此，材料的表面张力和界面自由能 与凝血及血栓的形成有密切的关系。 对不同的高分子进行体外血液凝固时间测定表明，一般来说临界表面张力越大，凝血 时间越短，也就是表面能越大，固体表面和血液接触越容易凝血产生血栓。但也有许多例 外。例如嵌段聚醚聚氨酯的临界表面张力较高，大约2 3 2 s p a ，实验表明也具有良好的抗 凝血性能 ( 4 ) 亲水性和疏水性 高分子材料表面上吸附蛋白是可逆的，吸附和解吸存在动态平衡，材料种类不同，对 每种血浆蛋白的吸附量，吸附速度，吸附力强弱以及吸附蛋白的变性程度都不相同。通过 6 北京服装学院2 0 0 7 届研究毕业设计( 论文) 研究高分子材料对血浆蛋白的吸附和血小板粘附情况可以看到，尽管实验条件不同而造成 结果差异，但有两点是共同的：其一血浆蛋白相对吸附量与血液中原有的浓度是完全不同 的，显示出很强的选择性；其二选择性吸附因聚合物种类不同而呈特异性 人们深入研究探讨过高分子表面亲，疏水表面与吸附血浆蛋白之间的关系，发现一般 来说，容易吸附蛋白质的表面，粘附血小板的能力也小，但同时也发现，亲水表面比疏水 表面吸附蛋白量少，容易引起白蛋白变性，也易脱吸。高分子表面亲水及疏水链段的运动 能力也是影响抗凝血性能的一个重要因素。只要高分子链段的运动状态接近液体状态，血 小板就很难粘附。 综合考虑，抗凝血性能需要高聚物中亲水区和疏水区有一个适宜的平衡，在该区域内 才能获得良好的抗凝血性，材料表面分予的运动情况对研究血小板的粘附也是很有意义 的。 ( 5 ) 微相分离结构 生物体血管内壁极其光滑，微观上看内皮细胞表面系多相分离结构，即双层脂质的液 体基质层中间镶嵌膜内粒子( 各类糖蛋白和糖脂质) 构成内皮细胞表面膜，可以在双分子 层内转运，膜外是带负电的亲水糖链，膜内侧含有纤维状的内层蛋白质。内皮细胞不仅在 血管表面充当物理屏障，更重要的是能调节凝血因子和抗凝因子之间的动态平衡，维持血 液正常流动。以上结构使得血管壁具有优异的抗凝血性能。 高分子材料可以通过以下方法获得微相分离结构：聚合物共混；制备嵌段，接枝共聚 物；聚合物渗混填料；微多孔化；表面粗糙化。这些方法可以形成适当的不均匀结构，凹 凸不平，性能不同的聚合物相互邻接，并杂乱分布。 1 1 4 高分子材料本体结构与抗凝血性能关系的假说 1 1 】 总结以下提出过的假说，都是从血小板与材料相互作用的第一步，即物理性结合入手， 提出材料表面应该具有的各种物理及超分子结构等性能，希望材料能具有抑制血小板粘附 的功能 ( 1 ) l a m p e r t 规则( 1 9 3 0 年) ：血液凝固时间与材料表面润湿性成反比。 ( 2 ) s a w y e r 于1 9 5 3 年提出抗凝血材料表面应该带有一定负电荷的假说( 不久被实验 事实否定) ( 3 ) 美国l y m a n 于1 9 6 5 年提出：材料表面自由能或临界表面张力( c s t ) 越低，其 抗凝血性越好。( 过于简单) 北京服装学院2 0 0 7 届研究毕业设计( 论文) ( 4 ) a n d r a d e 于1 9 7 1 年提出最小自由能的假说：界面自由能越低，界面吸附自由能成 分的倾向越小，材料的抗凝血性越好( 只能由部分实验验证，有局限性) ( 5 ) b r u c k 的准结构水假说：与最小自由能假说相近，认为血浆蛋白，血细胞等与血 管内壁细胞间的接触都只是结构水和结构水之间的接触。因此，要使高分子生物材料具有 优异的抗凝血性，很重要的一点就是材料表面应该有很高的含水量( 6 5 以上) ，而且水 分子必须具一定的结构化 ( 6 ) n y i l a s 于1 9 7 5 年提出：材料的抗凝血性能随着表面能中极性部分的增加而下降。 ( 7 ) b a r e n b e r y 于1 9 7 9 年提出：高分子生物材料抗凝血性与它表面的分子运动有关 ( 8 ) 日本京都大学i k a d a 于1 9 8 4 年提出：抗凝血高分子生物材料的表面应该具有弥散 的超亲水结构。 ( 9 ) r u c k e n s t e i n 从热力学角度综合考虑材料在血液相容性和力学性能方面的要求提 出；抗凝血性材料和血液间界面张力为；l x l o 3 - 3 x 1 0 - 3 n c m 1 1 ( 1 0 ) 林思聪于1 9 8 4 年提出维持正常构象假说：“首先，作为抗凝血材料，当它和 血液接触时，其表面结构应该能维持这些生物大分子的正常构象。同时，其表面分子的结 构应能减轻或消除这三种力对血浆蛋白正常构象的影响。在分子结构上，抗凝血材料乃至 血液相容性材料的表面应为这样的支链所覆盖，这种支链是水溶性和生物惰性的，并且具 有足够的链长而能在血液相中漂动。也就是说，材料的抗凝血性应该是高分子链结构的一 种表征。 综合考虑以上假说，林思聪的假说对于生物相容性的提高，生物大分子固化乃至生命 物质与材料之间的接合等都有其指导意义。 1 2 聚酯纤维在生物医用材料方面的应用 聚酯( p o l y e t h y l e n et e r e p h t h a l a t e ，p e t ) 纤维是产量最大的合成纤维品种，在纺织及 其它工、农业领域具有广泛应用。随着人们对聚酯认识的不断深入，聚酯在生物医学材料 领域内的应用越来越多。聚酯纤维对人体安全、无毒，具有良好的机械性能，低的吸水性， 对人体的体液具有高抗渗透性，因此其作为生物医学材料具有广阔的应用前景【】。 尽管聚酯纤维具有上述优异性能，但是当聚酯纤维制成的生物医用材料植入人体后， 在血液中长期浸泡，其力学性能仍会发生变化，更重要的是由于其血液相容性不能满足要 求，常常导致的凝血形成血栓，直接影响材料的使用寿命，从而危及患者的安全目前， 暑 北京服装学院2 0 0 7 届研究毕业设计( 论文) 聚酯纤维生物材料的凝血问题仍未得到彻底解决在生物材料血液相容性研究中，大多采 用表面改性的方法来提高材料的血液相容性，耳前进行的一些研究主要集中于1 1 4 1 ： ( 1 ) 制备高含水的表面或高疏水性的表面 ( 2 ) 制备微多相高分子材料表面 ( 3 ) 材料表面接枝改性 ( 4 ) 材料表面肝素化及类肝素化 ( 5 ) 对聚合物表面进行伪饰，使材料不被血液视为异物 ( 6 ) 互穿网络聚合物的研究 ( 7 ) 纳米技术的应用 因此，探讨材料与血液间相容性的机理，研究血液相容性的评价方法和参数，探索 和开发血液相容性材料，对于发展生物医用高分子材料有着举足轻重的作用和意义。通过 医用高分子材料的改性，一方面可以提高其抗凝血性能，另一方面还可保持其原有的良好 的物理机械性能。实际上，两条途径是相互联系的。许多新型高分子材料的合成正是为了 提高第二条途径的有效性。本课题采用以下两种途径对聚酯进行改性：一是类肝素化修饰， 二是添加纳米粉体。 此外，还可以接枝肝素、引入生物惰性的水性链结构，形成微相分离结构的嵌段或接 枝共聚物、种植内皮细胞等多种方法。 1 3 凝血机理及抗凝系统 1 3 1 凝血机理 凝血指血液由流动的液体状态变为不能流动的凝胶状态的过程，是一个复杂的生物化 学变化过程。目前，普遍认为血液凝固是一系列凝血因子参与的、复杂的蛋白质酶解过程， r l t l 每步酶解反应均有放大效应，并且凝血过程包括内源性凝血和外源性凝血两条途径“内 源性凝血是指血液与带负电荷的异物表面( 玻璃、白陶土、胶原等) 接触而启动的凝血， 又称表面激活；外源性凝血指当血管损伤，暴露的组织因子或血管内皮细胞、单核细胞受细 菌因毒素，免疫复合物等的刺激时，组织因子和凝血因子的结合及反馈过程。对于血液凝 r f 1 固机理长期以来有两种观点：血液凝固的现代观点和瀑布学说“”。 9 北京服装学院2 0 0 7 届研究毕业设计( 论文) 1 3 1 i 血液凝固的现代观点 ! 酽腿卜 l驴c一产8ja+2l i 肾 一一c 矿! x 。x a n i 咖 i ia 呻c l i a 图1 2 凝血过程图 各类符号意义： + 催化方向；。变化方向； t f 组织因子( 即跨膜糖蛋白) ；p l 磷脂；k 激肽释放酶；p k 前激肽释放酶； s 血管内皮下组织；h k 高分子激肽原；h 纤维蛋白单体；c l i a 纤维蛋白交联成网 凝血因子( 前缀f ) ：i 纤维蛋白原；凝血酶原；组织因子；v 前加速素； 前转变素；抗血友病因子；血浆凝血激酶；xs t u a r t - p r o w e r 因子；血浆凝血激酶 前质；接触因子；x 纤维蛋白稳定因子 1 0 矿 a c j姗l x 北京服装学院2 0 0 7 届研究毕业设计( 论文) 被激活的凝血因子，在代号上标注a ，例如：i ia ； 对以上机理要点可以归纳如下： ( 1 ) 目前认为外源性凝血途径在体内生理性凝血反应的启动中起关键作用，组织因子 被认为是启动者n 们 ( 2 ) 凝血途径和凝血反应之间存在密切关系，对凝血过程起反馈作用 ( 3 ) 钙离子在凝血过程中起着重要的作用，对实验不同阶段的钙离子浓度进行检测可 以反映凝血过程进行的程度。 1 3 1 2 血液凝固的传统观点【1 7 】 由m a c f a r l a n e 和d a v i e 等分别于1 9 6 4 年提出了血液凝固的传统观点一瀑布学说。学说 认为，血液凝固过程由内源性途径( i n t r i n s i cp a t h w a y ) 、外源性途径( e x t r i n s i cp a t h w a y ) 以 及共同凝血( c o m m o np a t h w a y ) 途径组成，通过多种酶原相继被激活而得到加强和放大的连 锁反应。其中，内源性途径是主要的。大致分为三个阶段：接触活化阶段一磷脂胶粒反应 阶段一凝胶生成阶段。 1 3 2 抗凝系统 随着现代医学的发展，各类生物医用材料在人类心血管疾病防治中的应用越来越广泛， 抗凝血性是人造心血管材料所必需具备的一种重要功能，举凡和血液接触的装置，如人工 心脏、人工血管、人工瓣膜以及人工肺等，其材料都应该具备抗凝血性，因此，如何提高 抗凝血性一直是生物材料研究的主要任务和中心内容之一埘从机理上研究机体的抗凝血 系统，找出抗凝系统的作用机制，无疑是有助于高性能的生物医用材料的研发的 1 3 2 1 机体抗凝系统 机体正常的抗凝功能具有防止血栓形成，保证血液循环中血液正常运行的重要功能。 这些功能抗衡凝血过程中形成的纤维蛋白，与凝血处于动态平衡状态。 正常人体心血管系统血液保持液体状态，环流不息，不发生凝固，原因是多方面的， 内因可以归纳如下 驯： ( 1 ) 血液内膜多相结构使它具亲水、光滑、荷电等特点，也不会使血浆蛋白变性，激 l l 北京服装学院2 0 0 7 届研究毕业设计( 论文) 活凝血因子。 ( 2 ) 血液流速快，血小板不宜黏附，血浆中凝血因子也不易在局部聚集而相互作用。 ( 3 ) 人体内含有抑制血液凝固的物质，例如肝素，可以干扰凝血酶原激活物和凝血酶 的作用，起到抗凝血的作用；抗凝血酶i 能使凝血酶失活，阻止纤维蛋白的形成。 ( 4 ) 血浆中含有的纤维蛋白溶酶( 一种蛋白水解酶) 能使纤维蛋白重新断裂而溶解， 使已经凝固的血块重新液化，同时对纤维蛋白原以及某些血浆凝血因子亦具有溶解作用。 1 3 2 2 对机体抗凝系统的控制 一些物理及化学方法能阻止血液凝固，1 钟例如：血液降温，减缓血液凝固速度；鉴于 c a 2 + 在凝血机理中的重要作用，设法除去血浆中的c a 2 + 就能制止血液凝固，可以在血液中 加入草酸盐或柠檬酸钠，与c a 2 + 结合形成不溶解的草酸钙或不易电离的可溶性络合物。 1 ，4 生物医用材料抗凝血性能的表征与评价 1 4 1 生物医用材料与血液接触的主要试验方法 生物医用材料的血液相容性评价方法与程序经过二十多年各国科学家的共同努力，已 经取得较大的进展，把抗凝血与溶血作为血液相容性研究的中心议题，从材料表面理化特 性，血浆蛋白的竞争吸附，血小板的粘附与激活、红细胞、白细胞的粘附、变形与激活、 内源性凝血系统的接触活化等五个方面开展工作，基本建立了四大类方法，即材料表面特 征法、体外试验法、半体内试验法及体内试验法如下表所示1 北京服装学院2 0 0 7 届研究毕业设计( 论文) 表1 1 生物医用材料与血液接触试验方法 名称方法目的 表面材各种物理化学测试方法，如红外吸收光表征材料表面物理化学性能 料表征谱，核磁共振吸收测定材料表面物理化及与生物性能的相关性，弄清 学性质。 材料血液之间的相互作用，进 一步阐明材料的抗凝血方法。 体外试血液与试片接触，观察试片上血浆蛋白，测定材料表面与血浆蛋白，血 验血小板，白细胞，红细胞等变化情况。小板白细胞。红细胞的反应 另外，观察血液中凝血因子的变化。程度，弄清b m i 的初期状况， 达到初筛的目的。 半体内在置于体外的血液分流回路中设置试验在与使用状态大致相近的条 试验腔，观察试验材料表面血浆蛋白，血小件下，测定材料表面与血液的 板，白细胞，红细胞的数量，形态，结反应性，尤其是血栓本身的生 构的变化及血栓形态等。成情况，弄清数天间b m i 的 状况，二次筛选。 体内试材料植入体内，观察表面血栓形成状况，在接近使用状态的条件下，综 验材料变化及在体内各部位产生的微小血合评价材料和机体两方面的 栓，在机体方面。观察血小板等血液成变化程度，弄清数周数月问 分的损伤。b m i 的状况。 b m h 材料植入体内与血液的相互作用( b l o o dm a t e r i a li n t e r a c t i o n ) 1 4 2 体外抗凝血性能常用的评价方法 体外常用抗凝血性能评价方法有“： ( 1 ) 动态凝血实验：根据血块形成后游离红细胞减少的现象，通过在不同时间向试样 中加入蒸馏水以使未参与凝血的红细胞在低渗透压环境下破裂，并对红细胞破裂后释放出 的血红蛋白进行浓度测定。由于凝血过程是一个酶促反应，一般在3 5 分钟后才明显出 现，因此主要观察凝血启动5 分钟后的凝血。 ( 2 ) 血小板粘附实验：血液与生物材料接触后，血小板、血细胞成分被吸附到材料表 面，血细胞发生变形并释放出物质使相邻血小板聚集。血小板还释放出凝血因子刺激纤维 北京服装学院2 0 0 7 届研究毕业设计( 论文) 蛋白的固化。因此通过观察血细胞与各种材料表面接触后的变化情况，可从血小板参与凝 血的角度评价血液相容性，在相同的接触时间里，血小板变形少，聚集个数少的材料抗凝 血性能较好。 ( 3 ) 凝血因子检验；血液凝固是一系列凝血因子相继被激活，最后形成纤维蛋白凝 块的过程。目前实验室常用于测定凝血因子的测试方法是血浆凝血酶原时间 ( t h r o m b o p l a s t i nt i m e ，p t ) ，活化部分凝血激酶时间( a c t i v a t e dp a r t i a l l yt h r o m b o l a s i n t i m e ，a p t t ) 和血浆凝血酶时间( t h r o m b i n t i m e ，t t ) 。a p t t 是内源性系统较敏感和常用的 筛选实验，常用于评价凝血因子和，尤其是。p t 和t t 是外源凝血系统常用的筛选 r 0 0 1 实验。各凝血因子检验的测定原理如下所示： ( 1 ) 活化部分凝血活酶时间( a 期盯) 的测定：在3 7 下，以激活因子和，以部 分凝血活酶代替血小板提供凝血的催化表面，在因子的参与下，观察贫血小板血浆凝固 时间。用于内源性凝血途径异常的筛选。 ( 2 ) 血浆凝血酶原时间测定( p t ) ：在受检血浆中加入过量的因子浸出液和钙离子 使因子i i 变为凝血酶，凝血酶使因子i 转变为纤维蛋白，以观察血浆凝固时间，用于快速、 敏感的检测外源性凝血途径凝血功能。 ( 3 ) 血浆凝血酶时间测定( t t ) ：凝血酶的加入，使血浆中的纤维蛋白原从可溶性蛋 白转变为不溶的纤维蛋白单体。高浓度的凝血酶与低浓度的纤维蛋白原其反应的速度取决 于纤维蛋白原的浓度。在稀释的血浆中加入过量的凝血酶，使有功能的纤维蛋白原全部转 变为纤维蛋白而形成凝块。 1 5 高分子材料织物与血液相容性 生物材料表面吸附的蛋白与组织细胞之间的相互作用是影响材料表面生物相容性的 主要因素，而孔隙率、材料的结构甚至植入材料与组织之间的机械压力分布是影响材料相 容性的其他因素“”。不同部位的人体移植品对织物的要求不同“。网状结构用于突出部 位的修补；腹腔内末梢脉管的搭桥采用经编针织结构：心脏瓣膜缝制环选择平针纬编针织 物；心脏的支撑采用经向针织网状袋；人造血管选择经编针织或织结构。 本课题拟对p e t 及其改性产品的纤维进行织造，研究机织物织造结构( 平纹，斜纹， 缎纹) 以及织造密度对织物抗凝血性的影响。 北京服装学院2 0 0 7 届研究毕业设计( 论文) 1 5 1 医用纺织品 船】 在医学领域使用纺织品已经有很长的历史了，自上世纪5 0 年代，随着合成纤维、纺织 和消毒等技术的不断进步，医用纺织品的发展十分迅速，应用领域也越来越广泛。特别是 植入纺织品，成为纺织和生物医学工程相结合的高技术，是近年来欧美等发达国家研究的 一个重点纺织品在生物医学领域的应用主要分为三类：卫生纺织品，医疗纺织品，植入 纺织品。植入纺织品在人体中完成人体器官和组织的替代、修补及加强功能。当患者某些 组织器官发生病变或受到损伤不可恢复其功能而有没有合适的天然组织替代时，采用人造 器官植入成为必然，由植入器官代替完成组织的功能，如人造韧带，人造腱；当病交或擐 伤的人体器官具有可修复性时。常用修补和加强的方法，如心血管修补，断骨固定等 1 5 1 1 植入纺织品材料的选择 植入材料体内要完成替代组织器官的功能，还承受长期水，盐和氧化的作用，在体内 应有要求的化学稳定性，不对人体产生有害影响，并能经受运动带来的物理变化。在体内 植入的位置不同，对材料的要求也不尽相同。目前人造器官中选用的材料主要有蚕丝，再 生骨胶原，聚酯，聚四氟乙烯，碳纤维等。 1 5 ，l 2 医用植入纺织晶常用结构 ( 1 ) 机织物：结构紧密，通过织物组织，经纬纱密度和收缩率的变化，可以得到无 孔隙或微孔隙的结构通过生产工艺的变化，可以得到光洁或带有毛绒的布面，带毛绒的 植入纺织品有利于和人体组织的粘附以及人体组织中细胞的长入机织物刚性大，拉伸变 形能力差。 ( 2 ) 编织物：由两组纱线分别按顺时针和逆时针方向回转相互交织而成，其交织角 可以在2 0 。一1 7 0 。变化。编织物的拉伸特性受交叉角的影响很大，交叉角变化范围大，使 得织物的可恢复变形能力极强。 ( 3 ) 针织物：多是经编结构，优点是可通过调节纱圈孔隙的大小来调整织物的拉伸 特性，通过工艺的变化可以生产光面或绒面产品。纬编针织物受力时纱圈会产生变形，使 织物产生不可恢复形变，尺寸稳定性差。 从总体上看，针织物结构较松，柔顺性好，易于操作，不易脱边，有较好的缝合稳定 性。但由于空隙大，渗透性较大，植入前需用患者的血液进行预凝。机织物结构紧密，强 1 5 北京服装学院2 0 0 7 届研究毕业设计( 论文) 度高，空隙率低，无需预凝。但其刚度较大，手术中处理较困难，且切开容易散边，缝合 强度较低”“。 植入纺织品要在人体这一特殊的环境下使用，必须具备良好的组织相容性，并且要求 在整个移植期具有良好的力学稳定性以及具有表面抗血栓性。当医用纺织品植入人体后， 周围组织对它的反应与纺织品的表面化学性能和孔隙率有着密切联系。“。开发高技术含量 的纺织品需要行业协作，由医疗行业提出问题和要求，纺织行业在对现有生产工艺和设备 改进的基础上生产出符合要求的纺织品目前医用纺织品使用3 d 编织结构、非织造布结 构及经编技术进行生产德国莱茵一威斯特伐伦工业大学亚琛纺织技术研究所( i t a ) 有一 架特殊的双针床拉舍尔经编机，织造时通过改变纱线的原料组成、细度及纱线之间的距离 可以生产出不同表面结构、伸长率及孔隙率的筒状经编织物由于医用纺织品的表面结构 将会影响到植入物与人体组织的表面相容性及体内周围细胞的生长，采用经编技术经过结 构的改变可以生产出不同表面性能的织物。如织物表面具有一层薄薄的细绒，且经编织物 弹性好，则在反复应力作用下会有非常好的回复性，不易脱散，因此经编技术广泛应用于 医用纺织品的生产 不同部位的人体移植品对纺织品结构的要求不同2 4 1 。网状结构用于突出部位的修补； 腹腔内末梢脉管的搭桥采用经编针织结构；心脏瓣膜缝制环选择平针纬编针织物；心脏的 支撑采用经向针织网状袋；人造血管选择经编针织或机织结构。下面我们就以最常用的医 用纺织品人造血管和外科疝修复手术用补片( 网) 来说明纺织品的结构对其生物力学性能 以及生物相容性的影响。 1 5 1 3 人造血管 人造血管是最常用的医用纺织品。当人体内血管由于动脉硬化、血管瘤、血栓、血管 老化或破损等原因不能正常工作时，需要采用人工血管进行置换、搭桥或介入等外科手术进 行治疗。 人造血管替代人体血管作为输送血液的通道，除必要的耐消毒性、生物安全性外，还要 求物理化学性能稳定、孔隙度适宜、有一定强度、易弯曲、不吸瘪、耐体内弯曲和压力， 做植入手术时要求缝合性好，与人体组织能迅速结合，血管接通放血时不渗血或渗血少且能 即刻停止。当人造血管与人体血管缝合后，人造血管内壁在血液流通中附着各种血液成分， 逐渐形成具有血液相容性的假内膜，其外壁也逐渐形成人体结缔组织而被固定，这种结构与 1 6 北京服装学院2 ( 1 ( 1 7 届研究毕业设计( 论文) 人体血管的内外膜结构非常相似人造血管具有合理的孔隙度对其内外膜长成非常重要。 孔隙过大，血液渗出量大，容易造成休克；孔隙太小，又不利于血液渗入，影响假内膜生长和外 膜营养的供应 嚣】。 最早商品化的血管采用了平纹组织，并一直沿用至今。由于机织平纹人造血管管壁紧 密、稳定且变形小，适用于血流速度较高的位置，如胸主动脉，或者用于患有血液凝结机 制损伤的患者3 0 1 。但这种组织结构的负面特征表现为血管刚度大，硬挺和易散边，造成 手术不易操作和缝合困难”“。此外，此类血管的顺应性较小，与宿主血管的顺应性差异较 大，会导致缝合线处的应力集中，在缝合处平滑肌增生，最终导致血管堵塞“。机织平纹 人造血管由于结构紧密，愈合性较差，为了增进愈合，出现了绒面结构。采用4 1 缎纹组 织，或采用3 1 或6 4 斜纹组织和1 1 平纹组织交替织造，使人造血管的外表面具有较长 的浮长线，纤维都呈弯曲状。管壁纤维蓬松，单纤维与单纤维之间的空隙增加，有利于外 部组织细胞向内生长和新内膜的形成，故愈合情况很好。 现在应用最广的人造血管主要是由双针床经编机编织的。用作血管替代物的筒状或筒 状分枝织物，都要经过骨胶涂覆，使用人造血管可使病人的血液在缝合前不会沉淀，这样 使血管保持柔软和弹性，并能够很好地进行移植。该织物具有结构稳定、柔软、弹性和延 展性好，管壁孔隙小、失血少等特点。 人造血管植入人体后通常面临膨胀的闯题，过度的膨胀会导致破裂。针织觑管比机织 血管更易于膨胀因为针织结构中纱线是环结在一起的，形成了一个相对比较开放的结构。 拉维尔大学( l w a lu n i v e r s i t y ) 外科手术部、魁北克生物材料学院( q u e b e cb i o m a t e r i a l s i n s t i t u t e ) 和s a i n t - - f r a n c o i sd a s s i s t 医院的科研人员研究了不同织造结构的聚酯织物制成 人造血管，及其植入人体后的尺寸稳定性。研究表明采用针织经编鲨鱼皮结这种织造结构 的织物表现出了更加优异的抗膨胀性能和缝合保持力，与采用经平绒或