一种利用低温等离子体技术在膜式人工肺表面进行气相接枝多氟化物的改性方法技术

本发明专利技术公开了一种利用低温等离子体技术在膜式人工肺表面进行气相接枝多氟化物的改性方法。该方法以聚‑4‑甲基‑1‑戊烯(PMP)中空纤维膜为基膜材料，利用低温等离子体活化技术在PMP膜表面引入活性位点，气相接枝酸类、醇类、烯烃类、酯类和酮类等多氟化物。本发明专利技术应用低温等离子体技术对PMP基膜进行气相改性接枝，使基膜表面具有一定超疏水性，能耗少，效率高，改性后PMP膜生物相容性显著改善，气体传输性能有所改观，具有广阔生物医疗应用前景。

A Modification Method of Gas Phase Grafting Polyfluoride on the Surface of Membrane Artificial Lung by Low Temperature Plasma Technology

The invention discloses a modified method of gas phase grafting polyfluoride on the surface of membrane artificial lung by using low temperature plasma technology. In this method, poly 4 methyl 1 pentene (PMP) hollow fiber membrane was used as the basement membrane material, and low temperature plasma activation technology was used to introduce active sites on the surface of PMP membrane. Vapor phase grafting of fluorides such as acids, alcohols, olefins, esters and ketones was carried out. The invention applies low temperature plasma technology to vapor phase modification and grafting of PMP base film, so that the surface of the base film has certain superhydrophobicity, less energy consumption, high efficiency, and the biocompatibility of the modified PMP film is remarkably improved, the gas transmission performance is improved, which has broad biomedical application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种利用低温等离子体技术在膜式人工肺表面进行气相接枝多氟化物的改性方法
本专利技术涉及用于膜式人工肺的高分子中空纤维膜的改性方法，具体涉及一种为提升聚-4-甲基-1-戊烯(简称PMP)薄膜的血液相容性与氧气-二氧化碳的选择通透性，利用低温等离子体技术对PMP膜材料表面进行多氟化物气相接枝的改性方法。技术背景人工肺又名氧合器，集氧合、变温、储血、过滤、回收血等功能于一体，将含氧量低的静脉血经过氧合后成为含氧量高的动脉血，是一种接近人体生理状态，较为理想的人工脏器。膜式人工肺已广泛应用于心血管手术的体外循环，也广泛应用于呼吸衰竭的抢救治疗，即体外生命支持或体外膜氧合，血管内氧合器也已初步应用于临床。尤其对病重、心功能差、估计手术时间长的患者，膜式氧合器的使用更为必要。当前，通过改进膜材料、优化设计以及对各种性能的实验评估和临床评价，人工肺的研究着力于提高气体交换能力和生物相容性，为抢救患者的生命提供更可靠的手段。膜式人工肺得以发挥其功效的核心为其膜材料的选择及膜组件设计。膜为两相之间的选择性屏障，具有选择性和透过性的特性以及过程简单，无相变，分离系数较大，高效节能，无二次污染和可在常温下连续操作等优点，广泛应用于化工、环境工程、食品饮料、生物工程、人工脏器体外循环等领域的纯净水制备、产物分离、体液透析和血液氧合等。膜式人工肺又称膜式氧合器，是根据生物肺肺泡气体交换原理设计的一次性使用医疗器械，是世纪医学与人类健康进步的显著标志之一，是目前最接近人体肺功能的人工器官。目前应用较广的有致密材料如硅橡胶以及微孔材料如聚烯烃等。聚4-甲基-1-戊烯是一种具有立体规整结构的高结晶透明塑料，具有优良气体渗透性能与机械性能，耐高温、耐腐蚀性能良好，在成膜方面有良好应用前景。膜式人工肺利用透气的薄膜来完成血液中O2和CO2气体交换，使血液通过薄膜与空气或氧气相接触。使用的膜必须既具有血液相容性又能让O2和CO2气体渗透。即不含有被血液可抽出的物质，化学性能稳定，抗血凝，不破坏血小板，并且不使血浆蛋白变性等。此外，还需具有一定的强度，不致被由血液产生的约1kg/cm2的压力所破坏，以及加工和消毒容易等。在实施体外循环时，短时间内替代人体肺功能，进行血液氧合并排除CO2。高分子膜具有一定气体通透性，基本满足人工肺气体传输需求。膜式人工肺中，高分子膜阻隔气体和液体两相，CO2和O2传质通过溶解、扩散等物理过程实现。传统气体分离膜在人工肺应用中无法兼具高选择性与高渗透性。促进传递膜借助于能够与待分离发生可逆作用并分散在膜中的载体极大提高其对分离对象的选择性与透过性。然而，单一小分子合成的高分子膜血液相容性较差，在如今对人工器官各项性能要求日益提高的今天已不能很好的满足临床医学应用的需求，因此在实际应用中需对膜表面进行改性处理。传统的膜表面改性是应用廉价的表面涂覆法，但该法并不能完全抑制人体排异反应，应用中需注射大量抗凝血剂等。目前研究中多在高分子膜表面接枝仿生物质、亲水物质等。也有报道接枝超疏水物质改善生物相容性。全氟化碳(Perfluorocarbon，简称PFC)，又称为四氟甲烷，是碳氢化合物中的氢原子被氟原子取代后形成的一种卤代烃，常温下为无色、无毒的透明液体，粘度低于血液而稍高水，溶解能力差，密度高，表面张力低，化学性质稳定，在体内不发生代谢。PFC具有良好的气体运载能力，对氧的溶解度约为水的20倍，是全血的2～3倍，对二氧化碳的溶解度是水3倍多。同时因其低表面张力与超疏水性能，PFC有着较好的生物相容性，不易引发组织排异。PFC在血液代用品、液体及部分通气、肿瘤辅助治疗、组织和器官的灌流保存、眼科手术影像检查造剂冠状动脉成形等领域已应用于临床并取得了良好效果。低温等离子体(LTP)是离子呈电中性的气体，是物质的固、液、气三态以外的另一种存在形式，又称第四态。它含有大量的正负带电粒子和中性粒子，活性粒子能量一般为几个至几十个电子伏特，高于聚合物的分子键能，完全可以破坏材料表面的化学键，形成新的交联结构或新的化学基团，进而达到改变材料表面化学结构和性能的目的；其电子温度可高达104K以上，具有足够高的能量引起聚合物内各种化学键发生断裂或重组，使反应物分子激发、离解、电离和自由基化，产生大量的活性基团。低温等离子体技术是一种新型表面改性技术。该技术乃是在室温产生高能带电粒子，利用高能等离子粒子轰击材料表面导致材料表面共价键断裂产生大量自由基，进而在材料表面接枝其他分子以改善高分子性能。近年来低温等离子体技术被广泛用于聚合物改性。Sipehia通过氨等离子处理在聚四氟乙烯表面接枝上氨基等基团，促进了细胞在其上面的粘附(SipehiaR.Theenhancedattachmentandgrowthofendothelialcellsonanhydrousammoniagaseousplasmamodifiedsurfacesofpolystyreneandpoly(tetrafluoroethylene).ArtificialCells，BloodSubstitutesandBiotechnology，1990，18(3)：437-446.)。Hochart等利用氟化物等离子改性，将PAN表面氟化，提高了材料憎水性，从而能够用于特定的领域(HochartF，Levalois-MitjavilleJ，DeJaegerR，etal.Plasmasurfacetreatmentofpoly(acrylonitrile)filmsbyfluorocarboncompounds.Appliedsurfacescience，1999，142(1)：574-578.)。
技术实现思路
本专利技术提供一种利用低温等离子体技术在膜式人工肺表面进行气相接枝多氟化物的改性方法。气相接枝改性后的高分子膜材料的通透性与血液相容性都有一定的提升，将在人工器官领域有着广阔的发展前景。本专利技术的具体实施方案为：(1)将洁净的聚4-甲基-1-戊烯中空纤维膜(简称PMP膜)固定在低温等离子体处理仪的腔体中，开启真空泵，使用低温等离子体技术活化PMP膜表面；(2)将多氟化物溶液倒入气相接枝仪的加热腔体中，连接低温等离子体处理仪的腔体和气相接枝仪的加热腔体。打开两者之间气相连接管线上的阀门，利用真空泵将低温等离子体处理仪的腔体、气相接枝仪的加热腔体和两者之间连接管线中的空气抽走；(3)开启气相接枝仪的加热腔体的加热功能，加热腔体中的多氟化物溶液受热气化；多氟化物气体通过气相连接管线引入低温等离子体处理仪的腔体中，在已经活化的PMP膜表面完成气相接枝。(4)将完成气相接枝的PMP膜继续固定在低温等离子体处理仪的腔体中，再次使用低温等离子体技术在膜的活性位点固化PMP膜表面已接枝的多氟化物，从而实现膜表面促进传质特性和优化生物相容性。(5)清洗已接枝完毕的PMP膜的表面，以洗脱残留在膜表面的接枝物，再烘干PMP膜。本专利技术的特征在于：在气相接枝过程中，多氟化物溶液包括酸类，优选为全氟丁烷磺酸、全氟己烷磺酸、全氟庚酸、七氟丁酸、全氟戊酸和五氟丙酸；醇类，优选为全氟辛基乙醇、全氟辛基乙基醇、全氟烷基乙基醇、全氟丁基丙醇和四氟丙醇；烯烃类，优选为1H，1H，2H-全氟-1-己本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用低温等离子体技术在膜式人工肺表面进行气相接枝多氟化物的改性方法，其特征在于包含如下步骤：(1)将洁净的聚4‑甲基‑1‑戊烯中空纤维膜(简称PMP膜)固定在低温等离子体处理仪的腔体中，开启真空泵，使用低温等离子体技术活化PMP膜表面；(2)将多氟化物溶液倒入气相接枝仪的加热腔体中，连接低温等离子体处理仪的腔体和气相接枝仪的加热腔体。打开两者之间气相连接管线上的阀门，利用真空泵将低温等离子体处理仪的腔体、气相接枝仪的加热腔体和两者之间连接管线中的空气抽走；(3)开启气相接枝仪的加热腔体的加热功能，加热腔体中的多氟化物溶液受热气化；多氟化物气体通过气相连接管线引入低温等离子体处理仪的腔体中，在已经活化的PMP膜表面完成气相接枝。(4)将完成气相接枝的PMP膜继续固定在低温等离子体处理仪的腔体中，再次使用低温等离子体技术在膜的活性位点固化PMP膜表面已接枝的多氟化物，从而实现膜表面促进传质特性和优化生物相容性。(5)清洗已接枝完毕的PMP膜的表面，以洗脱残留在膜表面的接枝物，再烘干PMP膜。

【技术特征摘要】
1.一种利用低温等离子体技术在膜式人工肺表面进行气相接枝多氟化物的改性方法，其特征在于包含如下步骤：(1)将洁净的聚4-甲基-1-戊烯中空纤维膜(简称PMP膜)固定在低温等离子体处理仪的腔体中，开启真空泵，使用低温等离子体技术活化PMP膜表面；(2)将多氟化物溶液倒入气相接枝仪的加热腔体中，连接低温等离子体处理仪的腔体和气相接枝仪的加热腔体。打开两者之间气相连接管线上的阀门，利用真空泵将低温等离子体处理仪的腔体、气相接枝仪的加热腔体和两者之间连接管线中的空气抽走；(3)开启气相接枝仪的加热腔体的加热功能，加热腔体中的多氟化物溶液受热气化；多氟化物气体通过气相连接管线引入低温等离子体处理仪的腔体中，在已经活化的PMP膜表面完成气相接枝。(4)将完成气相接枝的PMP膜继续固定在低温等离子体处理仪的腔体中，再次使用低温等离子体技术在膜的活性位点固化PMP膜表面已接枝的多氟化物，从而实现膜表面促进传质特性和优化生物相容性。(5)清洗已接枝完毕的PMP膜的表面，以洗脱残留在膜表面的接枝物，再烘干PMP膜。2.如权利要求1所述的一种利用低温等离子体技术在膜式人工肺表面进行气相接枝多氟化物的改性方法，其特征在于：在气相接枝过程中，多氟化物溶液包括酸类，优选为全氟丁烷磺酸、全氟己烷磺酸、全氟庚酸、七氟丁酸、全氟戊酸和五氟丙酸；醇类，优选为全氟辛基乙醇、全氟辛基乙基醇、全氟烷基乙基醇、全氟丁基丙醇和四氟丙醇；烯烃类，优选为1H，1H，2H-全氟-1-己烯、全氟己基乙烯和1H，1H，2H-全氟-1-癸烯；酯类，优选为1H，1H，2H，2H-全氟辛醇丙烯酸酯；酮类，优选为全氟己酮。3.如权利要求1所述的一种利用低温等离子体技术在膜式人工肺表面进行气相接枝多氟化物的改性方法，其特征在于：在低温等离子体处理仪的腔体中利用低温等离子体技术对PMP膜表面进行活化处理的过...

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，汤天乙，许梦菲，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32