医用高分子材料表面改性研究

摘要：高分子材料有着优良的物理、机械、化学、光学等性能，但是在由于本身性能的限制，影响了其在生物医用领域的应用。采用表面改性技术可以在材料保持本体性能的基础上，重新赋予新的生物医学相容性，进一步拓宽高分子材料的应用范围。本文综述了医用高分子材料表面该性的多种方法，并结合具体材料有重点的详细介绍了改性的方法以及改性机理。

关键词：医用高分子材料；表面改性；生物相容性生物医用材料是用于对生物体进行诊断、治疗或修复或替换其病损组织、器官或增进功能的新型高科技材料。包括合成高分子材料、天然高分子材料、金属和合金材料、无机材料、复合材料等。其中高分子材料作为20世纪划时代的材料，具有来源丰富、方便制造、加工容易等优良特点，应用比较广泛。但是，高分子材料表面的亲水性、抗菌性、粘附性和生物相容性等性能的限制，影响着高分子材料的进一步使用，特别是生物医用材料领域。

近年来，研究发现对高分子材料表面进行适宜的改性，既能使材料既保持本体优异性能，同时又赋予表面较高性能和功能，表面改性技术是比较经济有效地开发新材料的途径。

常用的材料表面改性大体归纳为：表面化学反应法、表面接枝法和表面复合法。针对不同原始材料的特点结合具体改性的目的，采取相应的改性方法，得到具有特殊表面性能的材料，拓宽了高分子材料的使用范围。

1材料表面涂覆

这是一种最简单的表面改性方法。其方法是在高分子材料表面直接涂上一层既能与基材相容，又含有功能性基团的有机物，这样在材料表面就引入了新的功能性基团，从而改变材料的表面性能。如与水的润湿性[1]。该方法的缺点是耐久性差，容易脱落。

2材料表面化学接枝

化学接枝是利用化学反应对高分子材料表面进行改性。该方法是利用高分子材料表面本身特有的反应基团，与被接枝的单体或大分子链上的特定基团发生化学反应来实现表面改性。但是在处理过程中会产生大量废液，对人体和环境有危害，不利于大规模生产，在一定程度上限制了它的应用。Sui[2]等通过NaOH溶液水解聚己丙酰胺（PCL），在其表面耦合一种细胞识别的RGD肽，就是表面化学改性的例子。

3臭氧处理

臭氧具有较强的氧化能力。用臭氧对高分子材料进行处理，表面会发生氧化反应，能在高分子材料表面均匀的引入过氧基团，并且使用的臭氧气体被还原为O2。该方法步骤简单，操作容易，不会污染到环境。例如Liu[3]等将亲水性聚合物接枝到经UV/O3氧化处理的聚醚砜（PES）膜表面。

4 UV光照接枝聚合

在光引发剂的存在下，用UV光照射高分子材料，产生的活性自由基引发单体在材料表面接枝聚合[4]。

5分子自组装

分子自组装是利用高分子材料和功能性分子之间的静电引力，在材料表面制备超薄膜从而对高分子材料进行改性。自组装单层膜（SAMs）技术可以用于制备纳米尺寸的超薄膜材料，是一种极具应用前景的新型高效、环保的制膜技术，原理是两亲分子的头基首先静电吸附到材料表面，随后自发形成有序的单分子层[5]。

近年来，分子自组装技术在高分子材料的表面修饰、水处理、传感器技术、金属腐蚀与防护和催化剂等方面有着广泛的应用。

6高能辐射

以高能射线来引发聚合，称为辐射聚合。工业中常用的辐射类型有γ-射线、电子束辐射等，其中以γ-射线能量最大，穿透力强，应用最广。辐射接枝聚合是通过对高分子材料进行辐射，在材料表面产生自由及活性点，进而引发单体接枝聚合，形成接枝共聚物。该技术对医用高分子材料的合成和改性非常有效。

7离子束注入

是以高能离子束注入基材的近表面区，以改变表面性能的过程，该过程引起了高分子材料断链、交联，并将离子能量传递给高分子链从而促使材料表面发生剧烈的结构变化，达到表面改性的目的。其优点是，它是一种纯净的无公害的表面处理技术。

8等离子体处理

等离子体常用到高分子材料的表面改性，其机理如下：将高分子材料放置于气体氛围中，当等离子体中产生的能量粒子和活性粒子撞击材料表面时，会把自身所带能量传递给材料表面的分子和原子，导致材料表面发生物理或化学变化，并且产生长寿自由基（可达10d），随后可发生接枝聚合、刻蚀、交联等来改变材料表面的性能[6,7]。

近年来，等离子体表面改性技术在医用高分子领域如提高抗凝血性能，改善细胞亲和性，增强抗菌性等方面起着重要的作用[8,10]。

9可控/"活性"自由基聚合

近年来，可控/"活性"自由基聚合因提供了一个在固体基材表面接枝聚合物的有效途径而受到关注，如氮氧稳定自由基（RNOo）法、引发转移终止剂（iniferter）法、原子转换自由基聚合（ATRP）法[11]和可逆加成-断裂转移（RAFT）法。通过在高分子材料表面进行分子设计，利用形成的可控聚合物"刷"在材料表面进行可控修饰。Cui[12]等人通过ATRP技术成功地将甲基丙烯酸钠盐（MAAs）固定到聚乳酸（PLA）材料表面，接着通过在P（MMA）刷接枝明胶（Gelatin）来提高材料表面的粘附性能。

总之，本文结合具体高分子材料，综述了表面改性的各种方法，讨论了改性的机理并比较了它们的优缺点。在这些改性方法中，有的在短时间内就有很好效果，有的设备仪器相对简单，有的操作简单，后处理麻烦，环境污染大。在实际应用中可以几种方法相结合，灵活选择不同的处理方法，以达到改善材料生物相容性的目的。

参考文献:

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