[發明專利]一種利用低溫等離子體對膜式人工肺進行表面刻蝕并鍵合β-環糊精的改性方法

有效

• 申請號: 201410309206.2
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN104056556A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 李磊;黃鑫;張志炳;王偉平;劉耀東
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及膜式人工肺所使用的高分子膜材料的改性方法，具體涉及一種利用低溫等離子體對膜式人工肺進行表面刻蝕并鍵合β-環糊精的改性方法。

背景技術

膜式人工肺，也稱膜式氧合器或氣體交換器，它的主要功能是當機體肺部發生病變或損傷時，在開胸手術的體外循環中代替人體肺臟排出體內代謝過程中所產生的CO₂、同時攝取人體必需的O₂，以維持肺病患者的生命。

對膜式人工肺而言，最核心的組成為膜材料，其性能的好壞直接決定著氧合器氧合效果的優劣。相比較于其它人工器官，人工肺的發展明顯滯后，主要原因就是由于缺乏高效的膜材料能有效替代人體肺膜充分進行氣體交換，在60多年的發展歷程當中，研究者們實驗了一大批膜材料，這其中既包括聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等常規聚合物，又有硅橡膠、PDMS和聚酰亞胺等新型材料。

聚4-甲基-1-戊烯(簡稱TPX)是一種高結晶透明塑料，密度約為0.83g/cm³，是所有塑料中最輕的。TPX微孔膜膜由于具有優良的氣體滲透性、耐溫性、耐溶劑性和較高的機械性能等優點，氣體分離、血液透析等方面得到了廣泛的應用。

低溫等離子體表面處理是一種新型的表面處理手段，它主要是利用低溫等離子體離子轟擊材料表面，使得材料表面及近表面層的分子發生分子化學鍵的斷裂形成大量的自由基，通過選擇性的使用等離子體在材料表面形成不同的極性基團。通過材料表面的極性化改性可以提高材料表面的親水性，提高抗污染性能。

由于低溫等離子體能量通常比常規共價鍵的鍵能高大約一個數量級，因此該方法對膜材料進行化學接枝幾乎不存在化學選擇性。同時低溫等離子體化學改性不可避免的會發生表面的無規降解刻蝕以及表面的化學交聯，這些都對材料的表面功能化產生一定的不可控影響。

等離子體模板刻蝕技術主要應用于微電機芯片納米陣列(K.Ostrikov，“Plasma nanoscience：From nature′s mastery to deterministic plasma-aided nanofabrication”，IEEE Trans.Plasma Sci.2007)、生物醫學微器件的加工(F Buyukserin，M Kang，CR Martin，Plasma-Etched Nanopore Polymer Films and Their Use as Templates to Prepare“Nano Test Tubes”.Small2007)以及多孔碳材料的加工(J.Bai，X.Zhong，S.Jiang，Y. Huang and X.Duan，Nature Nanotechnology，2010，5，190-194)等。模板法可以在高分子膜材料表面通過等離子體刻蝕形成規整孔徑分布的粗糙孔。該粗糙孔的孔徑可以根據模板的孔徑大小以及密度分布進行調節，同時可以利用刻蝕形成的細孔作為進一步改性的位點。

發明內容

本發明提供了一種利用低溫等離子體對膜式人工肺進行表面刻蝕并鍵合β-環糊精的改性方法。該方法以聚4-甲基-1-戊烯膜式人工肺為基材，通過低溫等離子體技術引入了β-環糊精分子，得到了表面孔徑分布均勻，比表面積大、具有良好生物相容性的表面。

發明技術方案：本發明主要設計了一種利用低溫等離子體對膜式人工肺進行表面刻蝕并鍵合β-環糊精的改性方法。該方法的流程如圖1所示。

本發明是這樣實現的：

①將膜式人工肺用聚4-甲基-1-戊烯(以下簡稱TPX)膜表面覆蓋一層標準孔徑的陽極氧化鋁模板，進行低溫等離子體刻蝕得到均勻的粗糙膜表面；

②等離子活化TPX膜粗糙表面，使用β-環糊精堿性溶液浸泡的方法進行表層化學鍵合；

③使用等離子體處理進行表面鍵合狀態的穩定化，在膜的活性位點固定β-環糊精基團從

而實現表面生物相容性改進。

本發明的特征在于：

陽極氧化鋁模板孔徑50-200nm，孔間距100-500nm，厚度為50-70μm，可以根據不同的刻蝕孔徑及密度要求進行優選；

刻蝕采用的氣源可以是N₂或者Ar中的任意一種。該步低溫等離子體放電的條件是：等離子體放電壓力為10-20Pa(絕壓)，照射時間(刻蝕時間)為200-600s，照射功率為150-300W；