8-羟基喹啉在血液相容性材料中的应用与抗凝血性能评估

8-羟基喹啉（8-Hydroxyquinoline，8-HQ）是一种含氮杂环有机化合物，分子结构中同时存在羟基与喹啉环，兼具配位螯合能力、抑菌活性与生物相容性，可通过化学接枝、共混复合等方式改性医用高分子材料，赋予材料抗凝血、抑菌、生物稳定等特性，在人工血管、心脏支架、血液透析膜等血液接触材料领域具有重要应用潜力。其抗凝血性能的核心机制围绕抑制血小板黏附聚集、调控凝血因子活化、降低材料表面血栓形成风险展开，性能评估需结合体外实验与体内植入验证，全面衡量材料的血液相容性。

一、8-羟基喹啉改性血液相容性材料的核心机制

血液接触材料引发血栓的本质是材料表面与血液成分的非特异性相互作用，包括血小板黏附活化、凝血因子级联反应启动、纤维蛋白原沉积等。8-羟基喹啉通过分子结构中的活性基团，从三个层面调控材料-血液界面行为，实现抗凝血功能。

1. 界面电荷与润湿性调控

8-羟基喹啉分子中的羟基（-OH）为亲水基团，喹啉环为疏水基团，二者协同作用可优化材料表面的亲疏水平衡。将其接枝或共混到聚氨酯（PU）、聚氯乙烯（PVC）、聚醚砜（PES）等基材后，材料表面的水接触角可调控至50°~70°的理想范围——该润湿性既避免了强疏水表面引发的蛋白质不可逆吸附，又防止了强亲水表面导致的血小板过度黏附。同时，8-羟基喹啉的氮原子具有孤对电子，可通过质子化作用调节材料表面的zeta电位，使其趋近于中性（-10mV~+5mV），减少带负电的红细胞、血小板与材料表面的静电吸附，从源头降低血栓触发概率。

2. 金属离子螯合与凝血因子抑制

凝血过程依赖钙离子（Ca²⁺）作为凝血因子Ⅳ的核心辅因子，参与凝血酶原激活、纤维蛋白原转化为纤维蛋白等关键步骤。8-羟基喹啉的羟基与喹啉环氮原子可形成五元螯合环，高效螯合血液中的游离Ca²⁺，降低局部Ca²⁺浓度，从而抑制凝血因子的级联活化，延缓纤维蛋白凝块的形成。此外，8-羟基喹啉对血液中的铁离子（Fe³⁺）、铜离子（Cu²⁺）也具有螯合能力，可减少金属离子介导的氧化应激反应，避免红细胞破裂与血小板活化，进一步提升材料的抗凝血性能。

3. 抑菌与抗炎协同抗凝血

血液接触材料植入体内后，表面易滋生细菌形成生物膜，引发炎症反应，而炎症因子（如肿liu坏死因子-α、白细胞介素-6）会进一步激活凝血系统，加剧血栓形成。8-羟基喹啉具有广谱抑菌活性，可通过破坏细菌细胞膜完整性、抑制细菌酶活性，有效抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等致病菌的黏附与增殖，减少生物膜形成。同时，其分子结构可抑制巨噬细胞的过度活化，降低炎症因子释放，缓解材料-组织界面的炎症反应，实现“抑菌-抗炎-抗凝血”的协同效应，尤其适用于长期植入的血液接触材料。

二、在血液相容性材料中的应用方式

根据基材性质与应用场景的不同，8-羟基喹啉主要通过化学接枝改性、共混复合改性、表面涂层改性三种方式整合到血液接触材料中，不同方式的适配性与性能表现存在差异。

1. 化学接枝改性

该方式通过共价键将8-羟基喹啉接枝到材料表面，结合力强、稳定性高，是长效抗凝血材料的首选改性方法。具体过程为：先对基材（如聚氨酯人工血管、聚醚砜透析膜）进行表面活化，引入羧基（-COOH）、羟基（-OH）等活性基团，再通过酯化反应、酰胺化反应将8-羟基喹啉的羟基或氮原子与基材活性基团共价结合。接枝后的材料表面形成均匀的8-羟基喹啉分子层，既保留了基材的力学性能，又赋予其持久的抗凝血与抑菌活性。例如，8-羟基喹啉接枝改性的聚氨酯人工血管，在体内植入实验中可维持12周以上的抗血栓性能，且无明显炎症反应。

2. 共混复合改性

对于聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）等可降解高分子材料，常采用共混复合方式，将8-羟基喹啉与基材高分子熔融共混，再通过纺丝、浇铸等工艺制备成纤维或薄膜材料。该方法操作简便、成本较低，8-羟基喹啉可在材料内部均匀分散，并随材料的缓慢降解逐步释放，实现“降解-释药-抗凝血”的动态匹配。需注意控制8-羟基喹啉的添加量，通常为0.5%~3%（质量分数），添加量过高会导致材料力学性能下降，且过量的8-羟基喹啉释放可能引发细胞毒性；添加量过低则无法达到有效抗凝血浓度。

3. 表面涂层改性

针对金属基血液接触材料（如不锈钢心脏支架、钛合金介入导管），可采用涂层技术将8-羟基喹啉负载到材料表面。常用方法包括浸涂法、喷涂法与电化学沉积法：将8-羟基喹啉溶解于乙醇、丙酮等溶剂中，配制成涂层液，通过浸涂或喷涂使涂层液均匀覆盖金属表面，干燥后形成致密的有机涂层；或利用电化学沉积法，将8-羟基喹啉与导电高分子（如聚吡咯）共沉积到金属表面，提升涂层的附着力与导电性。该涂层不仅能改善金属材料的血液相容性，还可抑制金属离子的溶出，降低金属离子引发的凝血反应。

三、8-羟基喹啉改性材料抗凝血性能的评估方法

抗凝血性能评估需遵循体外快速筛选-半体内模拟验证-体内植入评价的三级体系，结合血液成分分析、血栓形成观察与组织学检测，全面表征材料的血液相容性，核心评估指标与方法如下。

1. 体外抗凝血性能评估

体外实验具有操作简便、周期短、成本低的优势，适用于改性材料的初步筛选，核心检测内容包括：

血小板黏附与活化检测：将改性材料与新鲜抗凝全血或富血小板血浆共孵育，孵育后采用扫描电子显微镜（SEM）观察材料表面的血小板黏附数量与形态——抗凝血性能优异的材料表面血小板黏附少，且形态保持正常的圆盘状，无伪足伸出；同时检测血浆中血小板活化标志物（如血小板因子4、β-血栓球蛋白）的浓度，浓度越低表明血小板活化程度越低。

凝血因子活化检测：通过测定活化部分凝血活酶时间（APTT）、凝血酶原时间（PT）与凝血酶时间（TT）评估内、外源性凝血途径的活化情况。若改性材料能显著延长APTT与PT，说明其可有效抑制凝血因子的级联反应；此外，检测纤维蛋白原的吸附量与构象变化，纤维蛋白原吸附量低且构象无明显改变的材料，血栓形成风险更低。

溶血率检测：将材料与红细胞悬液共孵育，测定上清液中的血红蛋白浓度，计算溶血率。生物相容性良好的材料溶血率需低于5%，8-羟基喹啉改性材料因表面亲疏水平衡优化，溶血率通常可控制在2%以下。

2. 半体内抗凝血性能评估

半体内实验模拟材料与血液的动态接触环境，更接近体内实际情况，常用方法为动静脉短路实验：将改性材料制成的导管接入实验动物（如兔、犬）的动静脉之间，构建体外循环回路，让血液以一定流速流经材料表面，循环一定时间后，观察材料表面的血栓形成情况，测定回路中血小板计数、凝血因子活性的变化。抗凝血性能优异的材料在循环4小时后，表面无明显血栓沉积，血小板计数下降率低于10%。

3. 体内抗凝血性能评估

体内植入实验是评估材料临床应用潜力的关键，需将改性材料植入实验动物体内的血液接触部位，如将8-羟基喹啉改性的人工血管植入大鼠腹主动脉，或将涂层支架植入犬冠状动脉，植入后定期取材检测：

血栓形成观察：通过血管造影、组织切片染色观察材料表面的血栓沉积面积与厚度，抗凝血材料的血栓沉积面积需低于5%。

组织学检测：观察材料周围的炎症细胞浸润情况、内皮细胞覆盖程度，理想状态下材料表面可快速形成完整的内皮细胞层，实现内皮化，进一步降低血栓风险。

长期安全性评估：监测实验动物的血常规、肝肾功能指标，评估8-羟基喹啉的长期释放是否引发全身毒性，确保材料的生物安全性。

四、应用瓶颈与优化方向

8-羟基喹啉在血液相容性材料中的应用仍面临一些瓶颈，需通过结构改性与工艺优化突破限制：

水溶性与生物利用度不足：纯8-羟基喹啉水溶性较差，限制了其在水相环境中的作用效率。可通过引入羧甲基、磺酸基等亲水基团制备8-羟基喹啉衍生物，提升其水溶性与血液中的分散性，同时增强金属离子螯合能力。

长效性与生物降解性平衡：化学接枝改性的材料抗凝血长效性好，但难以降解；共混复合改性的材料可降解，但8-羟基喹啉易快速释放导致性能衰减。可设计智能响应型释放体系，利用血液中的pH值、酶浓度等信号调控8-羟基喹啉的释放速率，实现长效抗凝血。

细胞毒性与生物安全性优化：高浓度8-羟基喹啉具有一定细胞毒性，需通过体外细胞实验（如内皮细胞增殖实验、巨噬细胞毒性实验）确定安全添加浓度，并结合体内植入实验验证长期安全性，确保材料符合医用植入物的安全标准。

8-羟基喹啉凭借独特的螯合性能、抑菌活性与界面调控能力，为血液相容性材料的改性提供了高效、经济的解决方案。通过化学接枝、共混复合等方式，可赋予传统医用材料优异的抗凝血与抑菌功能，在人工血管、血液透析膜、心脏支架等领域具有广阔的应用前景。未来的研究重点将集中在8-羟基喹啉衍生物的设计、智能释放体系的构建与体内长期安全性的验证，推动改性材料从实验室走向临床应用。

本文来源于黄骅市信诺立兴精细化工股份有限公司官网 http://www.xnlxgroup.com/