第6章-生物材料表面改性

材料表面改性方法包括化学和物理方法，通常化学方法较为繁琐，应用大量有毒化学试剂，对环境造成污染，对人体也有极大危害。物理方法具有工艺简单、操作方便、对环境无污染等优点，日益受到重视。本章主要介绍了材料表面接枝聚合物刷改性、等离子体技术、离子束技术的表面改性、电化学沉积技术、材料表面肝素化、微相分离结构的形成、材料表面生物化、材料表面化学活性基团或活性物质的结合、表面修饰等。,6.1材料表面接枝聚合物刷改性,材料表面接枝：聚合物链的一端以共价键形式连接在材料表面上，另一端背向沿着垂直于材料表面的方向伸展而形成的排列紧密有序、类似于刷子状的聚合物链集合。接枝聚合物刷的研究在过去的10余年中得到广泛关注,原因：聚合物刷的结构特性使得这类聚合物可以很好地控制和改变界面或表面的物性；通过改变聚合物刷的结构或组成可以控制聚合物刷的聚集形态及其形态转换(从球形到圆柱状)。,图6-1聚合物刷微观形态,6.1.1聚合物刷的理论研究聚合物刷是研究许多实际聚合体系的核心模型，如聚合胶囊，液-液界面间的层状共聚物，接枝在固体基质表面的聚合物，吸附或接枝在液-液、液-气及固-液界面的双层嵌段共聚物等。在上述系统形成的聚合物刷体系中，都有一个共同的现象，即聚合物链都表现出强的伸展状态。1Alexander的理论Alexander最先开展关于平板膜上聚合物刷末端吸附功能的理论研究。高密度的聚合链的强伸展形态，是由链之间的互作用能与弹性自由能之间的平衡即自由能平衡决定的。在各种聚合物刷体系中，当存在溶剂时，由于溶剂与聚合链的亲和作用，聚合物链为了达到与溶剂分子的最佳(最大)接触，将伸展开以得到更多的接触面积；当没有溶剂如融溶环境下，聚合刷不得不从界面伸展开以避免在不可压缩的空间里过量重叠。,2.Milner模型在有相应溶剂的溶液中，当长度为a的N个分子组成的弹性聚合链接枝在平板膜表面时，聚合链有两种趋势：首先通过布朗运动达到最大的位形熵，此时短而密的聚合链的伸展速率较大；然后将逐渐溶入溶剂中，其中长而稀疏的聚合链伸展的速率较大。当接枝位点之间的距离远小于聚合链的典型长度Rg=N1/2a，则以上两种趋势都不会出现。聚合链的伸展会减少其位形熵，平衡时，这种聚合链的伸展可由一个简单模型来估算，即所谓的Flory变量。Flory变量可通过布朗运动所减少的位形熵估算。设由于布朗运动使得聚合链从基质表面到形成聚合刷界面的垂直长度为h，且聚合链的长度可以视作熵变量与熵变常量kBT/Rg2的乘积。在此前提下，可假设聚合链随机分布的密度与聚合刷的平均密度同为，从而得到由于链与链的交迭而减少的熵变量N/h。,6.1.2聚合物刷的主要合成方法,表面接枝聚合物刷的合成方法主要：“接枝到”和“由表面接枝”法两大类。,图6-2“由表面接枝”和“接枝到”反应示意图,“接枝到”法：定义：将具有端基活性基团的聚合物链与材料表面能与之反应的基团作用，在材料表面上嫁接聚合物链。该法可以预先设计聚合物链，得到结构明确、分子量分布窄的接枝链。缺点：在接枝反应过程中，已接枝到材料表面的聚合物链会对表面活性点产生屏蔽和立体位阻作用，阻碍体系中的聚合物向膜表面扩散，妨碍端基活性基团聚合物对表面的密集覆盖，接枝率一般不高。“由表面接枝”法：定义：先在材料表面形成活性接枝点，再引发单体接枝聚合，从材料表面长出接枝聚合物链。这种方法有效地克服了“接枝到”法中聚合物链靠近膜表面时的立体障碍，可以形成共价键合、高接枝密度的聚合物刷。缺点：难于精确控制接枝链的结构和分子量，同时体系中单体往往会发生均聚。,活性自由基聚合方法：引发转移终止剂法(iniferters)、氮氧自由基法(TEMPO)、可逆加成-裂解链转移聚合(RAFT)、原子转移自由基聚合(ATRP)等，其中尤以原子转移自由基聚合的研究最为活跃。自由基是一种十分活泼的活性种，在自由基聚合中极易发生链终止和链转移，所以要抑制副反应，达到活性聚合。在ATRP反应中，将可逆链终止和链转移的概念引入自由基聚合，通过在活性种和休眠种之间建立一个快速交换的平衡反应，解决低而恒定的自由基浓度与维持可观的反应速率(自由基浓度不能太低)得矛盾。,ATRP反应体系以烷基卤化物(RX)为引发剂，低价态过渡金属卤化物(常用CuBr)结合配体(常用2,2-联二吡啶)形成的络合物为催化剂，活性种和休眠种之间建立了可逆的原子转移平衡，从而确保自由基浓度足够低以抑制自由基之间结合而发生终止，因而实现了活性聚合。,图6-3ATRP反应原理图,根据接枝引发机理不同，“由表面接枝”法可分为等离子体处理、射线辐照、光引发、溶液自由基接枝和臭氧处理五种方法。1.等离子体处理等离子体：由离子、电子和中性粒子组成的电中性体系。等离子体富含的各种活性粒子通过化学反应可在膜表面引入能够生成表面自由基的活性基团。优点：操作简单、安全、不造成环境污染，改性仅涉及膜材料表面而不影响本体结构和性能，因而日益受到人们的重视；缺点：需要真空环境，设备复杂，难于连续操作，效率低，目前只限于实验室研究应用，尚不具备实现工业化的条件。,2.辐射接枝根据辐射与接枝程序的差异，可将辐射接枝主要分为共辐射接枝法和预辐射接枝法两类。预辐射接枝法：单体不直接接受辐射能，从而减少了均聚反应，并且辐射与接枝是两个独立的过程。共辐射接枝：将辐射与接枝过程一步完成，但此方法的最大缺点是单体均聚反应严重，降低了接枝率。辐射接枝共聚反应中的辐射剂量、单体浓度和温度等都将影响到接枝率，进而影响改性效果。通常辐射接枝的接枝率正比于吸收剂量，但超过某一剂量范围时接枝率的增加趋于缓慢。单体浓度过高会阻碍单体的接枝，。反应温度对接枝共聚的影响是复杂的，多方面的，如反应在高粘度介质中进行时常产生凝胶效应、能量转移与链转移、侧链长度变化、单体扩散速度改变以及相分离等，对辐射接枝来说提高反应温度通常对提高接枝率有利。,3.光引发接枝光引发表面接枝聚合原理：利用紫外光照射材料表面产生自由基，引发单体在表面接枝聚合。用途：利用光接枝中以将强极性的亲水基团引入聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等工业包装膜的表面，有效地改善包装膜的印刷和粘接问题。利用光接枝在塑料薄膜上接枝不同的单体，可生产出具有防雾、保温、生物降解、除草等性能的多功能地膜。在塑料薄膜上接枝亲水性大的单体形成亲水层，使膜具有永久防雾滴效果。利用光接枝，可以把不同性能但难于粘合的膜复合在一起，制成具有多种性能的复合膜。,在改善高分子材料生物活性方面，甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)是一个使用较多的单体，主要是因为它带有的环氧基基团可与蛋白质中的氨基反应。K.Allmer等在聚乙烯膜上光接枝GMA后，再与聚乙二醇反应，得到的产物与纯的聚乙烯膜相比，对人体转铁蛋白的吸附下降了很多；接枝物还可与肝素反应，得到的聚乙烯膜具有较好血液相容性。利用UV照射对聚合物进行光接枝表面改性：技术要求不太苛刻，设备较简单，一次性投资成本低，容易在工业生产中普及，对其的研究与应用已经在许多方面取得了很大进展，应用前景十分广阔。,4.溶液自由基接枝（1）传统自由基引发聚合：自由基引发聚合一般利用基质上现有的基团或通过化学方法引入基团。传统自由基引发聚合的步骤较多，致使基质上引发基团的密度不够高，影响了聚合链的密度，还会带来较多的副反应。基质表面上由引发基团组成的引发层结构非常复杂，现有的分析手段还不能对此做出精确的分析。自组装单分子层(SAMs)引发的聚合：形成高密度的引发层，引发机制也较简单可控制链的长度采用辐照的方法产生自由基或引入中介分子引发聚合单体的反应，也是合成聚合刷很好的方法。,（2）可控自由基引发聚合：在聚合反应后将聚合链的部分脱除，由此可计算出接枝与残留分子的量。从相对分子质量、接枝面积等，可以计算出单位面积上的接枝量以及相应引发层的接枝率。上述方法现已发展为可控自由基聚合(CRP)，又称为活性自由基聚合。优点：弥补了传统自由基聚合技术的缺陷，容易控制聚合链上的分子排列顺序，能较好地分析聚合层的微观结构(聚合链的相对分子质量和分布等)，以及合成新颖的层状共聚物刷子。,5.臭氧处理刘淑芝等人在室温下，用臭氧气体处理膜材料时在膜表面生成过氧化物POOH，处理之后立即将膜放入单体溶液中，在一定温度下使过氧化物POOH分解为聚合物自由基PO和自由基OH，PO引发单体接枝于膜表面，而OH会引发单体均聚。为了避免OH引发的单体均聚，可在单体溶液中加入适量的还原剂(如Fe2+)清除OH，以阻止单体的均聚。,6.1.3聚合物刷的应用,天然关节软骨具有多孔网络结构，能吸附滑液形成挤压液膜润滑。在关节软骨表层滑膜腔中存在大量从浅表层界面处伸出的游离的蛋白聚糖、蛋白多糖和透明质酸聚集体等刷状物。,图6-4关节软骨浅表层的刷状结构示意图,自然关节软骨浅表层的刷状结构示意图：,自然关节摩擦表面软骨，刷状结构,吸附滑液形成挤压液膜润滑自然关节具有超润滑功能（摩擦系数在0.001到0.01之间）模仿自然关节的软骨结构，在聚乙烯表面接枝类似于自然关节表面的聚合物刷,聚乙烯表面接枝改性,关节软骨表面近视图（SCIENCE,2009,323(2):47-48）,2.聚乙烯表面接枝丙烯酸,表面聚合物刷微观形态,红外衰减全反射（ATR）分析,UHMWPE接枝丙烯酸的红外光谱图,接枝后的聚乙烯最重要的一个基团是来自于丙烯酸的羧基。羧酸中的羰基在缔合状态时由于形成氢键而出现在1720cm-1附近。接枝后的聚乙烯在1720cm-1处有很强的吸收峰，该峰为羰基（CO）伸缩振动的特征吸收峰。在1253cm-1和1168cm-1处的弱吸收峰则为羧基中的C-O单键伸缩振动吸收峰，。而未接枝的聚乙烯（a）没有这些峰。说明光接枝后的聚乙烯上含有羧基，进而说明聚乙烯接枝上了AA链节。,XPS分析,b:PE-AA，C的XPS峰,a:PE，C的XPS峰,聚乙烯的C1s主要由两个峰组成，分别归属于C1和C2峰，其结合能分别为285ev和289ev。结合图和表可以看出，未接枝聚乙烯表面有C2电子峰，但是含量很少，可能是聚乙烯表面的杂质，可忽略，接枝聚乙烯表面碳原子的结合形式发生了变化，即C1含量降低，C2含量增加，C2/C1由0.068增加到0.297，增加了337，说明接枝聚乙烯表面碳元素产生了新的官能团。光敏剂二苯甲酮受紫外光引发，从PE大分子链上夺取氢，产生大分子自由基，从而引发丙烯酸（AA）单体的接枝聚合，因此，接枝链末端应有COOH存在，而O=C-O的结合能为289ev，从而证明了丙烯酸已经被成功接枝到聚乙烯表面。,接枝前后表面元素的基本组成分析,接枝后聚乙烯含氧量得到增加，表面生成了大量的含氧基团。,表聚乙烯接枝前后的C1s峰面积分析,扫描电镜形貌分析,(a)PE(b)PE-AA,接枝聚乙烯表面变得比较粗糙，明显出现了许多大块状形貌的物质。,原子力显微镜表面形貌分析,UHMWPE,UHMWPEAA，5min,UHMWPEAA，15min,光照时间对接枝率的影响,羰基指数随光接枝时间的变化曲线,光照时间越长，聚乙烯表面接枝反应的活性中心增多，接枝率上升。光照射时间过长，AA会大量自聚，体系粘度增大，聚合热不易散发，使反应体系温度急剧上升，阻止了反应的进行。,润湿性能,(a)PE与水的润湿,(b)PEAA与水的润湿,光照时间对吸水率的影响,当聚乙烯表面引入丙烯酸链之后，表面富集的极性基团COOH对水有很强的亲和力，使聚乙烯的亲水性大大提高,接枝对摩擦性能影响,接枝前后UHMWPE的摩擦系数,接枝聚乙烯表面有一层刷型聚合物吸附润滑液形成流体润滑膜，避免了接枝聚乙烯表面与陶瓷球的直接接触，所以起始摩擦系数很低,润滑条件对摩擦系数的影响：,UHMWPEAA的摩擦系数,在蒸馏水条件下，接枝聚乙烯表面的极性COOH基团只发生部分电离加入电解质生理盐水，溶液的极性增强，从而使羧基和水两极性分子之间的吸引力增强，即亲水性增强。小牛血清溶液中含有大量的大分子和各种基团的作用，赋予溶液较高的粘性，降低了固体表面自由能，从而使摩擦系数较小。,接枝前后的体积磨损率,接枝改性聚乙烯样品表面覆盖了一层亲水性聚合物，在润滑液中，改性的聚乙烯表面呈极性基团向着水，非极性基团脱离水的表面定向，在聚乙烯和陶瓷球之间形成了一层刷型润滑膜，阻隔了聚乙烯和陶瓷球的直接接触，减少了陶瓷球和聚乙烯之间的黏着磨损和磨粒磨损，从而降低了聚乙烯样品的磨损率，提高了聚乙烯的耐磨性。,3.聚乙烯表面紫外光接枝MPC,红外漫反射光谱中969cm-1处的峰是磷酸胆碱基团振动吸收峰，证明聚乙烯表面有MPC接枝,SEM分析,接枝前聚乙烯的SEM照片（1500，3000）,接枝后聚乙烯的SEM照片（1500，5000）,聚乙烯的血液相容性实验,UHMWPE接枝前后的溶血率,血小板在UHMWPE表面黏附,接枝前,接枝后,聚乙烯表面亲水性单体丙烯酸接枝量随光照时间的延长而增加；接枝聚乙烯表面的亲水性得到提高：接触角由8085降低为2124，并且接触角的大小随着聚乙烯表面的AA含量的增加而减小；吸水率随AA接枝率的增加而增加。聚乙烯表面接枝AA后明显降低了起始摩擦系数，提高了耐磨性。MPC接枝前接触角为76，接枝后变为15，并且接触角的大小随着聚乙烯表面的MPC含量的增加而减小。溶血率实验结果表明接枝MPC前后UHMWPE表面的溶血率从0.56%降到了0.34%，HDPE从0.68%降到了0.45%。接枝MPC后的聚乙烯表面几乎没有血小板黏附，而接枝前的样品表面能明显看出有血小板，证明血液相容性提高。聚乙烯表面接枝MPC后起始摩擦系数降低低，耐磨性提高。,结论：,刷子型结构能与水形成水合层，具有一定的承载能力，摩擦时水合层中的水分子迅速交换起到有效润滑作用。这些独有的特点使得天然关节具有超润滑功能（摩擦系数在0.001到0.01之间），平均使用寿命达70年之久，远高于目前人工关节的使用寿命（15-30年）。聚合物刷具有优异的润滑性能，但研究主要集中在聚合物刷的分子润滑机理上，摩擦实验所用的载荷一般在毫牛、微牛数量级，其微观摩擦学规律将与高载荷、大比压的宏观摩擦学特性不同。,6.2等离子体技术,等离子体技术是20世60年代以来，在物理学、化学、电子学、真空技术等学科交叉基础上发展形成的一门新兴学科。等离子体作为物质的第四态，是指部分或完全电离的气体。低温等离子体：在直流电弧放电、辉光放电、微波放电、电晕放电、射频放电等条件下所产生的部分电离气体。在低温等离子体中包含有多种粒子：电离所产生的电子和离子，大量的中性粒子如原子、分子和自由基等.等离子体在材料科学方面的应用：材料焊接、金属熔化、材料合成及材料表面改性等方面.通常对材料表面改性的技术有湿法和干法，等离子体表面改性是一种干法技术。,材料表面改性使用的是低温等离子体，低温等离子体可由紫外辐射、X射线、加热、冲击波、激光照射、气体放电等方法产生，实验室和工业上多采用气体放电的方式。目前有以下几种等离子体表面改性技术：6.2.1等离子喷涂法等离子喷涂技术是较早用于钛及钛合金表面改性的，由高温等离子火焰（温度高达10000以上），将待喷涂的粉料瞬间熔化，然后高速喷涂在冷态的基体上形成涂层。涂层厚度通常约0.050.1mm。离子喷涂后的真空热处理技术：在600800，熔融的非晶态的羟基磷灰石转化为晶态，同时，基体与涂层间相互的离子热扩散，使界面处形成了化学键结合，提高了涂层结合强度。,图6-5等离子喷涂设备结构示意图,6.2.2离子注入表面改性,离子注入：一个载能离子进入固体材料表面的过程，可以使靶材近表面区域的原子组成及其结构发生变化，能改变材料表面的性能。离子注入是一种新兴的技术，该技术可以得到新型的表面合金，其耐磨性、耐蚀性和抗疲劳性都得到改善。离子注入金属表面后，有助于析出金属化合物和合金相、形成离散强化相、位错网，可灵活地引入各种强化因子，即掺杂强化和固溶强化。通过离子注入，可减少粘着和互扩散，增强氧化膜,提高润滑性。,6.2.3等离子聚合,等离子体聚合方法可以有效地控制选择性的表面处理。等离子体聚合膜的厚度约为纳米级范围，呈三维交联结构，其与基片间为共价键结合，因此非常稳定，而且表面非常光滑。根据不同的需要可以在表面引入不同的功能团。等离子体聚合工艺主要有三种：1等离子体聚合2等离子体诱导接枝3等离子体共接枝与聚合,1等离子体聚合,有机单体在等离子体中的相关粒子碰撞下会形成各种碎片或功能团，这些碎片或官能团在基片表面形成三维网状交联结构的新物质。由于这种物质是由很小的分子碎片甚至原子随机组成的，因此也有人将这种聚合反应称为“原子聚合”。由于通常形成三维交联网络结构，等离子体聚合产物通常非常稳定而坚固。它与基底材料表面之间是共价键结合，因此与基底之间的结合也非常稳定。根据在等离子体中产生的功能团的性质，可以获得各种特定的表面特性，这可能是等离子体聚合材料最让人感兴趣的地方。,2等离子体诱导接枝,等离子体诱导接枝技术是利用非聚合性气体产生等离子体，在表面产生活性自由基，同时将功能团直接引入表面。通常的等离子体聚合物，其分子结构有随机性，其结果往往不可预测，由大量的工艺实验和经验来寻找所希望的表面特性。等离子体诱导表面接枝是将选定的功能团接枝到表面，因此结果是可预知的。,3等离子体共接枝与聚合,这种方法是将前两种方法结合起来使用。先采用非聚合性气体在材料表面引入特定的功能团，再用有机单体材料在表面上产生等离子体聚合薄膜，从而产生非常薄而光滑的表面；或先产生等离子体聚合薄膜，再用非聚合气体在表面引入特定的功能团。,在生物材料制备工艺中，常用的等离子体反应器主要有三类：(1)内电极反应器内电极反应器的电源可以是直流、交流或射频.等离子体在一对电极间通过放电产生。(2)外电极反应器外电极反应器的电源通常采用射频。射频功率通过玻璃或石英器壁馈入反应器内,产生辉光放电等离子体。(3)无电极反应器无电极反应器的电源通常采用微波，微波功率通过波导穿过介电材料器壁传入反应器，维持反应器中的等离子体。,图6-6在生物材料制备工艺中常用的三类等离子体反应器示意图1-单体及载气输入口；2-真空系统；3-等离子体；4-电极；5-被处理样品；6-磁场线圈；7-波导,6.3离子束技术的表面改性,基本原理：通过离子注入机使中性原子电离，通过引出电场和加速电场的作用，产生具有一定能量的带电粒子束，照射各种材料的表面，根据产生离子能量的大小，可以沉积在材料表面，也可穿过表面进入材料内部。离子束技术的应用包括离子束注入、离子束沉积和离子束辅助沉积等。应用离子束技术可实现对医用生物陶瓷涂层材料表面的改性。生物陶瓷涂层分为氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷涂层。氧化物涂层材料：Al2O3、ZrO2、Al2O3-ZrO2、TiO2、TiO2-Al2O3等。非氧化物涂层：氮化物、碳化物、硅化物和硼化物等，采用离子注入技术可提高本体材料的抗磨损和腐蚀性。,表6-1离子注入钢改性结果,离子束辅助沉积技术：一种将离子注入与薄膜沉积融为一体的材料表面改性新技术。在气相沉积镀膜的同时，采用一定能量的离子束进行轰击混合，从而形成单质或化合物膜层。从广义上讲，IBAD技术包括下述三个方面：(1)静态反冲技术：先沉积膜层，然后用其它载能离子(如Ar+、N+等)将沉积膜层与基体反冲共混；(2)离子束混合：预先交替沉积膜层，然后用载能离子将多层膜加以混合，得到均匀的新膜层；(3)动态混合技术：即沉积与注入同时进行。通常所说的IBAD技术多指最后一种方式。,图6-7IBAD物理过程示意图,6.4电化学沉积技术,电化学沉积技术：用电化学的方法，通过调节电解液的浓度、PH值、反应温度、电场强度，电流等来控制反应的制备方法，包括电沉积技术和电泳沉积技术等。优点：生物陶瓷涂层可在温和条件下进行，基体和涂层界面不存在热应力问题，避免了高温喷涂引起的相变和脆性断裂，同时有利于增强基体和涂层之间的结合强度。电沉积过程实质上就是电氧化还原过程。在水溶液、熔融盐和非水溶剂中进行电沉积，可合成多种不同类型和聚集状态的材料。主要有下列方面的应用：1）电解盐的水溶液和熔融盐，制备金属、某些合金和镀层。2）C，B，Si，P，S，Se等二元或多元金属陶瓷型化合物的合成。3）制备难于用其他方法合成的混合价态化合物、簇和物、嵌插型化合物、非计量氧化物等。,电氧化还原过程与传统的化学反应过程相比有下列一些优点：1)在电沉积中能够提供高电子转移的功能，这种功能可以使之达到一般化学试剂所不具有的那种氧化还原能力。2)合成反应体系及其产物不会被还原剂(或氧化剂)及其相应的氧化产物(或还原产物)所污染。3)由于电氧化还原过程的特殊性，因而能制备出其他方法不能制备的许多物质和聚集态。沉积方法：直流电沉积、脉冲电沉积、喷射电沉积和复合电沉积等方法,电沉积过程受很多因素影响：1.溶液的组成溶液的组成必须符合以下几个要求：含有一定浓度的欲得金属的离子并且性质稳定；电导性能好；具有合适在阴极析出金属的PH值；能出现金属收率好的电沉积状态；尽可能少地产生有毒和有害气体。2.温度3.电流密度4.添加剂5.沉积电位6.其它因素（表面活性剂、分散剂等）,6.5材料表面肝素化,抗凝血物质的种类很多：肝素、抗凝血酶、尿激酶、链激酶、香豆素、二酮类药物、阿斯匹林、消炎痛、双苯吡醇及双嘧达莫。肝素化：肝素或其衍生物在材料上的固定化。肝素：一种分子量为20000左右、含硫量为9一12.9%的酸性粘多糖，属于不均一的多糖分子。肝素是一种酸性黏多糖，主要由肥大细胞和嗜碱性粒细胞产生。肺、心、肝、肌组织中含量丰富，但生理情况下血浆中含量很少。肝素也是一种有效的抗凝血物质，临床上把它作为一种抗凝剂而广泛应用于防治血栓性疾病。肝素的抗凝机制主要是肝素与血浆中的一些抗凝蛋白质结合增强抗凝蛋白质的抗凝活性。其链节单位系由葡萄糖胺磺酸、葡萄糖醛酸及艾社糖磺醛酸等所组成。其重复结构单元如下：,直接利用肝素的最简单方法就是把肝素掺和到高分子材料中。缺点：因为有比较多的肝素被包埋在材料的内部而不能发挥其作用；在和血液接触的过程中，它又容易由于在血液中的溶解而流失。肝素可通过离子交换反应、功能基团反应(-OH、-NH)固定在高分子材料表面，对于那些化学上惰性的高分子材料，肝素则可以通过第三种物质的媒介作用而与它们结合起来,6.5.1离子键合法,石墨一氯化苄烷铵肝素法，即GBH法。优点：用GBH法处理的材料表面虽有优异的抗凝血性缺点：由于它是通过石墨涂层对氯化苄烷铵-肝素的吸附而实现的，因此只适用于聚碳酸酷、有机玻璃等塑料而不适用于弹性体。TDMAC法：以TDMAC（三(十二烷基)甲基氯化铵）作为偶联剂，通过长链烷基在高分子材料中的溶解和季铵盐结构与肝素间的离子键，把肝素固定在高分子材料的表面。优点：既可用于塑料，也适合于有机硅橡胶等弹性体的表面肝素化。缺点：由于低分子季铵盐都有毒，而且在肝素化材料与血液接触过程中它会不断地被释放而进入到血液，对人体造成很大的危害。,对惰性材料进行表面改性：先在表面引入可以结合肝素的基团，如环氧基、氨基活性氯甲基等；然后再通过适当的反应将肝素离子/共价键合到材料表面。完全在水相中进行的肝素化方法：首先，将欲处理的高分子材料浸入一种表面活性剂SAA的水溶液中，在一定温度下浸渍一定时间；然后将经过浸渍的材料再用一定浓度的肝素钠水溶液处理；最后将经过上述处理的材料用低浓度的戊二醛溶液固定，经过这样处理的高分子材料经测试其表面结合了较多的肝素，而且具有较好的抗凝血性。肝素涂覆方法：将从大豆中提取的卵磷脂溶于乙酸乙酷，与肝素钠水溶液混合，其重量比约为:卵磷脂:肝素钠=4.17:1。搅拌混合物，并在水浴中蒸干，再用产物的溶液对高聚物表面进行反复涂覆，即可得到肝素化的表面。,6.5.2共价键合法,优点：提高肝素的利用率和固定化肝素的稳定性；把材料原有的力学性能与肝素化后抗凝血性的提高更有效地统一起来。共价键结合肝素的方法：先使富质子化胺聚氨酯-脲结合到高聚物表面，然后活化聚氨酯-脲，使之形成自由氨基，再使自由氨基和肝素与醛的溶液作用；最后使肝素键合到高聚物表面的聚氨酯-脲层上。通过生物化学方法合成带高活性端基的肝素，然后通过和带合适的官能团的材料表面反应，生成单端接枝的肝素化表面。,图6-8“化学放大”过程示意图,6.6微相分离结构的形成,所谓的微相分离结构，以嵌段共聚高分子材料为例，它由两种或多种不同性质的单体段聚合而成。当单体之间不相容时，它们倾向于发生相分离，但由于不同单体之间有化学键相连，不可能形成通常意义上的宏观相变，而只能形成纳米到微米尺度的相区，这种相分离通常称为微相分离，不同相区所形成的结构称为微相分离结构。微相分离研究对象的共聚物的分子结构从分子尺度来看，可以形成线型、星型、梳状、无规接枝和交联网状等高分子结构。从分子聚集态尺度来看，可以无定型的玻璃态存在，也能形成微晶颗粒分散在玻璃态本体中。根据组成的不同，可以形成层状、柱状、球状、立方体心(BCC)、六方密堆积(HCP)等结构。,甄建军等48人在聚氨酯弹性体固化过程中添加微相分离促进剂，型弹性体的初始热分解温度提高了12.6，微相分离的增加有利于弹性体耐热性能的提高；同时发现在高温下，添加了微相分离促进剂的型弹性体力