聚氯乙烯(PVC)具有透明度高、易于加工、成本低的优点，被广泛用于医疗器械领域，如输血袋、体外循环血路、覆膜透析袋等[1]。PVC是疏水性材料，生物相容性较差，在长期与生物肌体、体液、血液接触时，容易受蛋白质、血小板、细菌等物质的黏附，引发血栓、血凝及细菌感染等症状，影响人体的健康[2]。另外，PVC材料中添加的大量小分子助剂在使用过程中也易发生迁移溶出，对人体组织产生作用，导致组织发生畸变或引发炎症，需要对其进行表面亲水改性，进一步改善其溶出性能和抗黏附性能。目前，对PVC表面亲水改性的方法主要有表面涂覆法和接枝改性法。接枝改性法通过对材料表面进行预处理，将亲水性聚合物引入材料表面作为其支链，由于该方法得到的亲水改性效果更加持久，成为目前研究的热点。常用的亲水聚合物有聚乙二醇(PEG)[3]、肝素[4]、透明质酸[5]、两性离子聚合物[6]等，其中PEG及其衍生物的生物相容性更好，安全性更高。本实验利用三亚乙基四胺(TETA)对PVC表面进行胺化预处理，利用PEG和环氧氯丙烷(ECH)合成聚乙二醇缩水甘油醚(DGEG)，并将其接枝在胺化PVC上，制得亲水改性PVC材料，并探索PVC胺化和DGEG合成的条件，确定最佳工艺。1实验部分1.1主要原料聚氯乙烯(PVC)，医用级，河南驼人医疗器械集团有限公司；聚乙二醇(PEG)，平均分子量为2 000、三亚乙基四胺(TETA)、环氧氯丙烷(ECH)、四丁基溴化铵(TBAB)、氢氧化钠(NaOH)、无水乙醇，分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；异硫氰酸荧光素标记牛血清蛋白(BSA-FITC)，北京博尔西科技有限公司；Bradford蛋白浓度测定试剂盒，上海尚宝生物科技有限公司；抗凝羊血，平睿生物科技（北京）有限公司。1.2仪器与设备傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)，Nicolet、全自动酶标仪，Multiskan sky，美国赛默飞世尔科技公司；万能试验拉伸机，EUT6502，深圳三思检测技术有限公司；透光率测试仪，GH-6690，东莞市国鸿检测设备有限公司；光学接触角测量仪，SDC-100S，东莞市晟鼎精密仪器有限公司；紫外可见分光光度计，UV-8000s，上海元析仪器有限公司；荧光扫描显微镜，TS2-S-SM，日本尼康株式会社；全自动血液细胞分析仪，BC20，深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司；扫描电子显微镜(SEM)，EVO-18，德国卡尔蔡司股份有限公司。1.3样品制备1.3.1DGEG的制备将PEG-2000在65 ℃下加热搅拌至充分溶解，按单体比n(PEG-2000)∶n(ECH)∶n(NaOH)∶n(TBAB)=1∶(3~7)∶3∶0.18，依次加入ECH和TBAB，搅拌30 min分批加入NaOH的乙醇溶液（1 g NaOH+10 mL无水乙醇），反应6 h后趁热过滤，分离生成的NaCl固体，再减压蒸馏除去过量的ECH和无水乙醇，用透析袋透析，去除未反应的PEG及小分子化合物，旋蒸去除水，得到DGEG。1.3.2PVC接枝DGEG的制备将PVC样品浸入一定浓度的TETA水溶液中（TETA浓度分别为70%、60%、50%、40%），在N2气氛、50 ℃下搅拌反应2 h后取出，用纯化水冲洗以除去未反应的化合物，真空干燥24 h，制得胺化PVC(PVC-NH2)。将PVC-NH2样品浸入质量浓度为0.1 g/mL的DGEG水溶液中，在N2气氛、60 ℃下反应6 h后取出，用纯化水冲洗，真空干燥24 h，制得PVC-DGEG。图1为PVC接枝DGEG原理。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.01.003.F001图1PVC接枝DGEG原理Fig.1Schematic of PVC grafted DGEG1.4性能测试与表征FTIR测试：测试范围为500~4 000 cm-1。环氧值测试：采用盐酸-吡啶法，按文献[7]报道的方法测试环氧值，环氧值计算公式为：X=(V1-V2)N10W （1）式（1）中：V1为空白溶液消耗NaOH体积，mL；V2为样品消耗NaOH体积，mL；N为NaOH标准溶液浓度，g/mL；W为样品质量，g。拉伸性能测试：按GB/T 1040.2—2006进行测试，拉伸速率为200 mm/min。光学性能测试：按GB/T 2410—2008进行测试，样品厚度为1 mm。接触角测试：从成型样片上选取5点裁剪2 cm×2 cm的样片，设置水滴量8 μL/次，取5点测试平均值。紫外吸光度测试：将样品放入纯化水，在37 ℃，60 r/min条件下振荡浸提6 h，收集全部液体冷却至室温作为检验液。取同体积水，不装样品同法制备空白对照液。取检验液，在5 h内用1 cm比色皿以空白对照液为参比，在200~300 nm波长范围内测定吸光度。荧光蛋白黏附测试：将PVC样品在0.5 mg/mL的BSA-FITC溶液中浸泡2 h，以使蛋白质吸附在材料表面。采用磷酸盐缓冲溶液(PBS)轻轻清洗五次，以除去未结合紧密的蛋白质分子。使用荧光扫描显微镜拍摄材料表面的荧光图像。蛋白质黏附测试：将样品放入0.1 mg/mL的BSA溶液，在37 ℃条件下浸泡3 h后，用PBS缓冲液充分淋洗；用PBS缓冲液配制质量分数0.1%的十二烷基硫酸钠(SDS)去垢剂，将淋洗的样品浸泡于一定体积的去垢剂，超声清洗30 min；将清洗后得到的蛋白质溶液加入96孔板中，加入Bradford试剂，放入酶标仪在595 nm吸收波长下测定溶液吸光度，根据标准曲线计算得到表面吸附量。血小板黏附率测试：按YY/T 1649.1—2019进行测试。血小板黏附测试：取新鲜抗凝羊血，在1 500 r/min转速下离心15 min后，取上层清液即为富血小板血浆(PRP)。将样片用浓度0.01 mol/L pH=7.4的PBS缓冲液漂洗后，在37 ℃恒温条件下，在PRP溶液中孵育2 h后取出，用PBS缓冲液漂洗3次。将样品浸泡在2.5%戊二醛PBS溶液中1 h以固定表面的血小板。取出样品用PBS缓冲液漂洗后，用不同浓度梯度的乙醇溶液(30%、50%、70%、80%、90%、100%)进行逐级脱水，每次脱水时间为15 min。室温下干燥后喷金，观察样品表面血小板黏附情况。2结果与讨论2.1反应浓度对PVC胺化效果的影响图2为不同TETA反应浓度胺化PVC的FTIR谱图。从图2可以看出，当TETA浓度为70%、60%、50%时，PVC样品在3 275 cm-1处出现了氨基特征吸收峰，说明PVC成功接枝了氨基。当TETA浓度为70%、60%时，PVC样品明显变形发黄，这是由于浓度较高的化学试剂使PVC中小分子助剂析出使其变形。另外胺化反应是一个“取代反应”和“消除反应”竞争的过程，反应浓度过高时，会使PVC自身脱除氯化氢，生成共轭多烯键氧化后表现为黄色[8]。综合胺化效果和外观，PVC胺化的最佳TETA浓度为50%。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.01.003.F002图2不同TETA反应浓度胺化PVC的FTIR谱图Fig.2FTIR spectra of aminated PVC at different TETA reaction concentrations2.2单体比对DGEG转化率的影响图3为不同PEG/ECH单体比合成DGEG的FTIR谱图。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.01.003.F003图3不同PEG/ECH单体比合成DGEG的FTIR谱图Fig.3FTIR spectra of DGEG synthesized with different PEG/ECH monomer ratios从图3可以看出，合成产物在842 cm-1和762 cm-1处出现环氧基的特征吸收峰，在1 060 cm-1处出现了伯醇C—O键的伸缩振动峰，表明PEG和ECH成功发生缩合反应。表1为不同PEG2000/ECH单体比合成DGEG的产率和环氧值。从表1可以看出，当n(PEG)∶n(ECH)≥1∶4时，产率较高，环氧值呈现先增大后减小的趋势。这是由于PEG-2000的分子量较高，反应活性较低，ECH过量有利于提高产物的转化率。综上所述，选择n(PEG)∶n(ECH)=1∶5制得的DGEG用于制备PVC-DGEG。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.01.003.T001表1不同PEG/ECH单体比合成DGEG的产率和环氧值Tab.1Yield and epoxy value of DGEG synthesized with different PEG/ECH monomer ratios序号n（PEG）∶n（ECH）产率/%环氧值11∶372.250.039821∶479.170.041831∶586.840.055741∶683.810.043451∶780.730.03252.3PVC-DGEG的性能分析图4为PVC及PVC-DGEG的拉伸性能和光学性能。从图4可以看出，PVC-DGEG的拉伸性能和光学性能未发生明显改变。这是由于反应溶液均采取温和的纯化水作为溶剂，不会造成PVC材料中小分子助剂析出，对其物理性能影响不大。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.01.003.F004图4PVC及PVC-DGEG的拉伸性能和光学性能Fig.4Tensile properties and optical properties of PVC and PVC-DGEG表2为PVC及PVC-DGEG的接触角。从表2可以看出，未经过改性的PVC为疏水性材料（水接触角大于90°），经过接枝改性后，PVC-DGEG的接触角由纯PVC的97.4°降至57.8°，PVC材料的亲水性能得到明显的改善，PVC-DGEG表现为亲水性（水接触角小于90°）。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.01.003.T002表2PVC及PVC-DGEG的接触角Tab.2Contact angle of PVC and PVC-DGEG样品接触角PVC97.4PVC-NH290.5PVC-DGEG57.8°°图5为PVC及PVC-DGEG浸提液的紫外吸收光谱。从图5可以看出，较未改性的PVC，PVC-DGEG浸提液的紫外吸光度更低。紫外吸光度也由未改性PVC 的0.18降至0.05，说明PVC-DGEG样品中助剂的析出更少。这是由于提高材料表面的亲水性后，可以抑制增塑剂等疏水性助剂向材料表面迁移[9]，减少助剂溶出。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.01.003.F005图5PVC及PVC-DGEG浸提液的紫外吸收光谱Fig.5UV-Vis spectra of PVC and PVC-DGEG leaching solution图6为PVC及PVC-DGEG的荧光蛋白黏附图。从图6可以看出，经过DGEG接枝改性的PVC样品在观测区域内出现的荧光较少，说明其表面黏附了较少的蛋白质。这是由于DGEG的分子链通过氢键作用与水分子结合形成了一层水合膜，蛋白质在水化斥力的排斥下大大降低了与材料表面的相互作用，使得蛋白质等需要更多能量才能穿过水膜与材料表面相接触，因此可有效抗蛋白质黏附。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.01.003.F006图6PVC和PVC-DGEG的荧光蛋白黏附图Fig.6Fluorescent protein adhesion images of PVC and PVC-DGEG表3为PVC及PVC-DGEG的蛋白质黏附和血小板黏附率。从表3可以看出，与PVC相比，PVC-DGEG的蛋白质黏附量从29.2 μg/cm2降至7.5 μg/cm2，血小板黏附率从35.6%降至12.3%，表明其具有良好的抗生物黏附性能。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.01.003.T003表3PVC及PVC-DGEG的蛋白质黏附和血小板黏附率Tab.3Protein adhesion and platelet adhesion rate of PVC and PVC-DGEG样品蛋白质黏附/（μg‧cm-2）血小板黏附率/%PVC29.235.6PVC-DGEG7.512.3图7为PVC及PVC-DGEG的血小板黏附SEM照片。从图7可以看出，在接枝上DGEG后，PVC材料表面的血小板黏附量明显降低，表明其具有良好的抗血小板黏附效果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.01.003.F007图7PVC和PVC-DGEG的血小板黏附SEM照片Fig.7SEM images of platelet adhesion of PVC and PVC-DGEG3结论（1）当TETA浓度为50%时，PVC-NH2具有最佳的外观和胺化效果；当n(PEG)∶n(ECH)=1∶5时，合成的DGEG具有最佳的产率和环氧值。（2）与未改性PVC相比，PVC-DGEG的拉伸性能和光学性能没有明显改变，其接触角由97.4°降至57.8°，亲水性能得到明显的改善，紫外吸光度也由0.18降至0.05，增塑剂等助剂的析出量明显减少，具有较好的低溶出性。（3）与未改性PVC相比，PVC-DGEG具有优异的抗蛋白质黏附和抗血小板黏附性能。