具有血液相容性的明胶 - 甲基丙烯酸缩水甘油酯 / 氧化石墨烯复合水凝胶用于血管导管：生物材料领域的新突破

为解决传统血管导管材料血栓形成风险高的问题，研究人员开展 Gel-GMA/GO 复合水凝胶研究，结果显示其生物相容性良好，有望用于血管导管1416。

　　

新型复合水凝胶：血管导管材料的希望之光

在医疗技术飞速发展的今天，各种血液接触的医疗器械广泛应用于临床，给无数患者带来了希望。然而，一个棘手的问题却一直困扰着医学界 —— 血栓形成。就拿血管导管来说，它是众多住院患者治疗过程中的常用器械，可它引发的血栓问题，却成为了患者健康甚至生命的潜在威胁。据统计，15 - 25% 的住院患者会接受导管插入术，而血栓形成是导致患者发病和死亡的重要原因之一12。

目前临床上常用的血管导管材料，如聚氨酯和硅酮，虽然具备一定的强度和柔韧性，但它们的疏水性使得其表面缺乏润滑性，容易引发血栓。为了解决这一难题，来自埃及艾因夏姆斯大学（Ain Shams University）和埃及国家研究中心（National Research Centre）的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们致力于开发一种新型的生物材料，希望能在提高材料血液相容性的同时，降低血栓形成的风险。最终，他们成功制备出了明胶 - 甲基丙烯酸缩水甘油酯 / 氧化石墨烯（Gel-GMA/GO）复合水凝胶，并对其进行了一系列深入的研究。这项研究成果发表在了《Scientific Reports》上3。

研究人员为了探究这种复合水凝胶的性能，运用了多种关键技术方法。在材料合成方面，他们通过特定的反应步骤制备出了 Gel-GMA，并采用改进的 Hummer’s 方法合成了 GO。为了表征材料的结构和性能，运用了傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、质子核磁共振（¹H-NMR）、紫外光谱（UV）、拉曼光谱、X 射线衍射（XRD）等多种光谱分析技术，以及扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）进行微观结构观察。在评估血液相容性等性能时，采用了溶血试验、凝血酶原时间（PT）和活化部分凝血活酶时间（aPTT）检测、体外降解实验以及细胞活力检测（MTT 法）等方法456。

研究结果主要包括以下几个方面：

1. 结构与形态：通过多种光谱分析和显微镜观察发现，合成的 GO 具有独特的结构和形态特征，如存在多种含氧官能团，片层结构有褶皱等。Gel-GMA 水凝胶呈现出相互连通的多孔网络结构，孔径约 20μm，而加入 GO 后，水凝胶形成了三维毛细管通道，增强了内部连通性，有利于液体吸收和扩散710。
2. 孔隙率与溶胀行为：研究发现，GMA 浓度的增加会导致水凝胶孔隙率降低，这是因为更多的交联减少了互连孔隙和毛细管结构的尺寸。水凝胶的溶胀行为受甲基丙烯酸化程度影响，较低的甲基丙烯酸化程度会使水凝胶的质量溶胀增加。在不同溶液中，水凝胶在水中的溶胀程度大于在缓冲溶液中的溶胀程度，这与水的较低粘度和渗透压等因素有关。综合考虑，G2 复合水凝胶因其较高的溶胀比和优越的机械完整性被选作血液接触生物材料的模型89。
3. 血液相容性评估：溶血试验表明，Gel-GMA（G2）和 Gel-GMA/GO 水凝胶的溶血率分别为 0.54% 和 0.50%，远低于 5% 的毒性阈值，证明它们具有良好的血液相容性。PT 和 aPTT 测试结果显示，这两种材料与正常血液相比无显著差异，表明它们不会影响血液化学，且表面不易发生蛋白质吸附、血小板粘附或纤维蛋白形成，其中 Gel-GMA/GO 复合水凝胶的凝血酶原时间更短，血液相容性更优1112。
4. 体外降解：在模拟血液条件下，Gel-GMA 和 Gel-GMA/GO 水凝胶在 30 天后的降解率分别为 37% 和 18%。Gel-GMA/GO 水凝胶由于 GO 与明胶官能团之间强大的氢键相互作用，降解速度较慢，能在血液环境中保持足够的完整性13。
5. 细胞相容性：通过 MTT 法对 MRC-5 人肺成纤维细胞进行细胞活力检测发现，在高达 500μg/ml 的复合提取物浓度下，细胞活力保持相对稳定，这表明 Gel-GMA/GO 复合水凝胶在较宽浓度范围内无细胞毒性，甚至对细胞生长和增殖有促进作用15。

研究结论和讨论部分指出，Gel-GMA/GO 复合水凝胶展现出了诸多令人期待的特性，如低溶血率、缓慢的降解速度和较低的细胞毒性，这些特性使其在血液接触材料领域具有巨大的应用潜力，尤其是在血管导管方面。然而，目前的研究也存在一些局限性，例如缺乏体内评估，细胞毒性测试仅针对 MRC-5 细胞，材料的机械强度、弯曲抗性和长期稳定性等方面还需要进一步研究。未来，研究人员将致力于开发具有可控药物释放功能的材料，同时探索减少血栓形成和防止异物反应的新方法，这对于推动生物材料在医学领域的发展，改善患者的治疗效果具有重要意义。