聚二甲基硅氧烷弹性体的表面改性及生物相容性边风根;曾莉;严兆华【摘要】用氧和氮等离子体处理聚二甲基硅氧烷（PDMS），然后通过冷冻干燥法和交联剂处理将胶原蛋白转接到PDMS 膜的表面；通过体外细胞培养法研究改性后的 PDMS 膜的生物相容性；采用接触角测量仪、X 射线光电子能谱（XPS）和扫描电子显微镜（SEM）来表征空白、等离子体处理以及胶原蛋白转接后PDMS 膜表面特性。
接触角和XPS 的测定结果显示，－OH 和－NH2等功能基团及胶原蛋白已成功地转接到改性后 PDMS 膜的表面，并展现出良好的亲水性（分别从96．8°到49．3°，41．3°，50．5°，67．9°，64．5°）。
扫描电镜结果显示，胶原表现出多孔形态。
体外细胞培养的试验表明，改性后 PDMS 膜具有良好的生物相容性且可适用于生物医学领域的研究。
%Polydimethylsiloxane (PDMS)was treated by oxygen and nitrogen plasma,and collagen was graf-ted onto the surface of plasma treated PDMS films by freezing-drying method and cross-linking agent.The biocompatibility of modified PDMS films was studied by in vitro cell culture assay.The controlled,plasma treated and collagen-grafted PDMS films were characterized by means of attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR)spectroscopy,water contact angle measurements,X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)and scanning electron microscopy (SEM).The results of ATR-FTIR,contact angle measurement and XPS showed that some functional groups such as - OH and -NH 2 and collagen were successfully generated and grafted on the surface of modified-PDMS films,and they exhibited better hy-drophilcity (from 96.8°to49.3°,41.3°,50.5°,67.9°,64.5°,respectively).The results of SEM demonstra-ted that collagen exhibited a kind of porous morphology.In vitro cell culture assay showed that collagen-grafted PDMS films were biocompatible and suitable for biomedical application.【期刊名称】《南昌大学学报（理科版）》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】7页(P578-584)【关键词】聚二甲基硅氧烷(PDMS);表面改性;等离子体;胶原;生物相容性【作者】边风根;曾莉;严兆华【作者单位】江西省化学工业学校;江西省化学工业学校;南昌大学化学学院，江西南昌 330012【正文语种】中文【中图分类】O643随着医学领域的不断发展，生物材料变得越来越重要[1]。
组织工程的目标是修复或替换某些存在缺陷的组织或器官的[2]。
目前诸如聚乳酸(PLA)，聚己内酯(PCL)，聚(乳酸-乙醇酸)(PLGA)，聚氨酯(PU)等大量生物材料被广泛用于临床研究和开发利用[3-8]。
聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有耐热性能优良，抗寒性好，无毒，抗衰老，生理惰性，接入人体内无炎症症状，对人体组织无副作用和良好的机械性能等特点，符合医用高分子材料的要求。
但是，PDMS的疏水性的仍是一个需要解决的问题[9]。
由于其表面的疏水性，当其存在于生物体内环境中，生物体内的生物组分和体液会与其表面发生强烈的交互作用[10]。
生物材料的表面是直接与生物体组织相接处，对组织造成的反应主要因其表面特性引起[11]。
所以提高生物材料的表面疏水性和生物相容性显得尤为重要。
等离子体表面改性是专门用于多聚物表面区域的改性因而被广泛用于生物材料改性的技术[12]。
不同的气体可以产生不同的表面性质同时可以提高聚合物表面能和疏水性因而应用领域不同[13]。
据报道，细胞可以很好的与-COOH和-NH2等带点官能团结合，而与带-CH3的官能团的结合性差[14-15]。
为了提高材料的亲水性和生物相容性，等离子体处理技术已经应用非常广泛的[16]。
胶原蛋白因其亲水性的、低抗原性、低炎症和细胞毒性反应、良好的止血性和可调控的生物降解性而被认为最有用的生物材料之一，且经常和PLGA等其它聚合物材料作为生物材料一起研究以提高生物相容性[19-20]。
为提高PDMS膜的亲水性和生物相容性，我们实验室使用一种新的膜改性方法，即以等离子处理、冷冻干燥和交联反应技术为基础，通过冷冻干燥技术将胶原蛋白转接到PDMS膜表面。
含乙烯基硅油、含氢硅油(上海健诚工贸有限公司)；胶原溶液(5 mg·mL-1)，1-乙基-3-(3-二乙胺丙基)碳二亚胺(EDC)和1-羟基-2,5-吡咯烷二酮(NHS)购自上海景颜化工有限公司；无水乙醇购自国药化学试剂有限公司，胎儿小牛血清(FCS，10%)；初级人皮肤成纤维细胞；DMEM培养液(DMEM)；胰酶和乙二胺四乙酸(EDTA)购自Sigma公司。
普通玻璃仪器、真空烘箱、冰箱、等离子反应器(PDC-32G)、接触角测量仪(POWEREACH JC2000A)、扫描电子显微镜(Quan TA-200F,FEI)、X射线光电子能谱(ESCALab220i-XL)和荧光显微镜(Philips 535)。
称取3 g 含乙烯基的硅油倒入100 mL烧杯中与含氢硅油搅拌均匀后呈均匀液体，放入真空烘箱中并在60 ℃下烘30 min以去除气泡，然后添加38 μL 箔催化剂轻轻混合搅匀。
将混合物注入到聚四氟乙烯(PTFE)膜并放在烘箱中在120 ℃下烘4 h。
最后得到厚度约为0.3 mm的PDMS膜。
将膜剪成小块，并分别放在5个表面皿上，用蒸馏水和乙醇清洗后备用。
等离子体反应器用于PDMS膜表面的等离子体处理。
将薄膜(1.5×1.5 cm2)放在表面皿中，并送入等离子体反应器。
反应气体分别为N2和O2。
等离子体室内部的压力保持在300 Pa，功率为18 W，时间控制4 min。
经O2处理2，4和6 min 后得到3种样品。
经N2处理2和4 min后得到2种样品。
将得到的所有样品放入冰箱中备用。
将经不同条件下等离子处理后得到的5种PDMS膜置于5个表面皿中，然后用胶原溶液(5 mg·mL-1)在膜表面涂层。
所有的样品在-4 ℃下保持12 h后再冷冻干燥12 h除去溶剂。
80 mL无水乙醇和20 mL去离子水混合形成均匀的溶剂。
将1.92 g EDC和1.15g NHS加入到溶剂中搅拌至完全溶解。
将100 mL EDC/NHS溶液5等分后，再将不同的样品置于该溶液中分别清洗6 h。
最后再将处理后的样品用蒸馏水洗涤数次后放入-4 ℃冰箱中保存12 h，再冷冻干燥除去水得到样品。
初级人皮肤成纤维细胞是一种常见的用于细胞培养试验模型的细胞。
样品用75%的乙醇清洗后经紫外处理30 min后放在6孔培养皿中，加入少量的含DMEM和10 % FCS的培养液固定盘底的膜。
将细胞保存在含0.05%胰酶消化液和0.02%的EDTA中，然后让细胞生长48 h后，取出培养液，用PBS清洗2次，加DAPI溶液覆盖15 min，最后取出DAPI溶液再用PBS清洗3次。
用POWEREACH JC2000A接触角测量仪分别测定未经处理的样品，经O2等离子体处理的样品，经N2等离子体处理的样品和胶原接枝膜的静态水的接触角。
一滴去离子水用于测一个点，每个点稳定时间为1 min，每隔样品测5个点取平均值。
扫描电子显微镜(Quan TA-200F,FEI)被用来研究PDMS膜的表面形貌，测试电压为20 kV。
使用ESCALab220i-XL型XPS分别对照经O2和N2等离子体处理的样品和胶原接枝后PDMS膜进行分析。
测试压力为3×10-9 mbar，辐射强度为300 W MgK 的α射线。
采用荧光显微镜来观察PDMS膜表面细胞的生长情况。
我们采用方案如图1所示的等离子体处理和转接技术将胶原蛋白转接到PDMS膜表面。
众所周知，PDMS的亲水性差，限制了其在生物医学工程和组织中的应用。
采用一些特殊的方法如等离子体技术[17]、碱处理[21]、嫁接技术[22-23]等可以引进特殊官能团从而提高其亲水性。
鉴于此，我们采用O2和N2等离子体技术引入-OH和-NH2亲水基团，从而提高了PDMS膜表面的亲水性。
此外，由于胶原蛋白多孔的结构有利于细胞更好地生长，因此通过将胶原蛋白转接到PDMS膜的表面可以有效地提高PDMS膜的生物相容性。
所以我们选择将胶原蛋白转接到PDMS膜的表面，再通过冷冻干燥技术除去带入的溶剂。
膜表面的-OH和-NH2基团通过EDC和NHS与胶原蛋白的-NH2和-COOH进行反应6 h 后得到所需的样品。
改善膜表面的亲水性对提高其生物相容性具有重要的意义。
本实验研究了经等离子体处理和未经等离子体处理的样品间的区别。
测定结果如图2所示，经不同的处理条件改性后的PDMS膜的亲水性有所差异。
由表1得到的数据可知，未经处理的PDMS膜的接触角为96.8°，而经O2等离子体处理2，4和6 min的薄膜的接触角降低至49.3°，41.3，50.5°；经N2等离子体处理2和6 min的接触角分别降低至67.9°和64.5°。
实验结果与文献报道[11]的经等离子体处理引入的一些羟基和羧基等极性基团会提高亲水性的研究相一致。