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本研究由Weihua Guo、Jian Zhu、Zhenping Cheng、Zhengbiao Zhang和Xiulin Zhu*（通讯作者）合作完成，作者单位均为中国苏州大学化学化工与材料科学学院江苏省有机合成重点实验室。论文标题为《Anticoagulant Surface of 316L Stainless Steel Modified by Surface-Initiated Atom Transfer Radical Polymerization》，发表于期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》2011年4月29日刊，卷3，页码1675–1680。
研究领域与动机
本研究属于生物材料表面改性领域，聚焦于通过聚合物接枝技术改善医用316L不锈钢（SS）的生物相容性。316L不锈钢因其优异的机械性能和化学稳定性，广泛用于心血管支架、骨科植入物等医疗器械。然而，其高刚性可能导致器官损伤，生理环境中的腐蚀可能引发细胞毒性，且直接接触血液易诱发血栓形成。为解决这些问题，需在不改变材料本体性能的前提下，通过表面修饰提升其生物活性。
背景知识
传统表面改性策略（如涂覆、自组装）存在稳定性不足或密度低的问题。近年来，基于原子转移自由基聚合（ATRP）的“从表面接枝”（grafting from）技术因能实现高密度共价键接枝而备受关注。其中，电子转移再生催化剂ATRP（AGET ATRP）通过使用高价态金属盐（如FeCl₃）和还原剂（如维生素C），操作更简便，适用于活性金属表面。
研究目标
本研究旨在通过铁基AGET ATRP技术，在316L不锈钢表面接枝聚乙二醇甲基丙烯酸酯（PEGMA），以增强其抗凝血性能，并系统表征接枝过程的动力学与表面形态变化。
1. 不锈钢表面预处理
- 抛光与清洗：316L不锈钢片（5 mm × 5 mm × 0.5 mm）依次用600、800、1200目砂纸和W1 Al₂O₃粉末抛光至镜面，随后以正庚烷、丙酮、乙醇和甲醇超声清洗10分钟，去除表面污染物。
- 等离子处理：使用DT-03等离子系统（150 W，空气流速55 mL/min）处理120秒，增加表面羟基（—OH）密度，提升亲水性。
2. 引发剂固定化
将等离子处理后的不锈钢片浸入含2-(4-氯磺酰苯基)乙基三甲氧基硅烷（CTS）的四氢呋喃（THF）溶液中，30℃反应24小时。CTS通过硅烷基团与表面羟基缩合，引入磺酰氯基团作为ATRP引发位点。
3. 表面引发AGET ATRP接枝PEGMA
- 反应体系：PEGMA（Mn≈475）、FeCl₃、三苯基膦（PPh₃）和维生素C（VC）按比例混合，氩气保护下60℃反应24小时。铁基催化剂避免铜基体系与不锈钢的副反应。
- 清洗与干燥：反应后，样品经THF超声清洗四次，真空干燥24小时。
4. 表征与分析
- 接触角测试：JC2000接触角仪测量各阶段表面亲水性变化。
- X射线光电子能谱（XPS）：分析表面元素组成及化学状态。
- 原子力显微镜（AFM）：观察表面形貌与粗糙度。
- 台阶轮廓仪：测定聚合物膜厚度随反应时间的变化。
- 抗凝血测试：通过动力学凝血时间实验，比较改性前后血液接触的光密度（OD）值变化。
1. 表面化学与形貌表征
- 接触角：抛光后不锈钢接触角为61°，等离子处理后降至52°（亲水性增强），CTS修饰后升至84°（疏水性磺酰基引入），PEGMA接枝后降至48°，证实成功接枝亲水性聚合物。
- XPS：CTS修饰后检测到Si、S、Cl信号；PEGMA接枝后Fe信号消失，O含量显著增加（52.4 wt%），C 1s高分辨谱与PEGMA结构一致。
- AFM：接枝后表面粗糙度（RMS）从0.5 nm增至3.9 nm（72小时反应），因聚合物链运动与缠结导致。
2. 接枝动力学
聚合物膜厚度随反应时间线性增长，72小时达50 nm。铁基AGET ATRP避免了铜基体系的表面腐蚀问题。
3. 抗凝血性能
- 凝血测试：改性后表面接触ACD血液40分钟，OD值仍保持0.35（未改性表面20分钟即降至0.1），抗凝血性能显著提升。
科学价值
- 首次报道铁基AGET ATRP技术在不锈钢表面接枝PEGMA，为活性金属表面改性提供了新策略。
- 通过CTS简化引发剂固定化步骤，避免了传统方法中硅烷基团水解的风险。
应用价值
- PEGMA接枝层显著提升316L不锈钢的抗凝血性，适用于心血管支架等血液接触器械。
- 铁基催化剂体系兼容性强，可扩展至其他活性金属（如镍、冷轧钢）的表面功能化。
（全文约2000字）