日本研究团队利用中子散射揭示抗血栓聚合物屏障形成机制

日本科学技术综合研究机构(CROSS)、高能加速器研究机构(KEK)、近畿大学、东京理科大学和九州大学组成的联合研究团队，利用日本质子加速器研究中心(J-PARC)材料与生命科学实验设施(MLF)的中子散射实验装置，首次证实抗血栓聚合物聚(2-甲氧基乙基丙烯酸酯)(PMEA)中存在可发挥屏障作用的“中间水”。相关研究成果已于2026年6月25日发表于美国化学学会期刊《物理化学杂志B辑》。

PMEA目前被用作体外膜肺氧合(ECMO)回路内壁涂层。ECMO是严重呼吸系统疾病治疗中的重要生命支持手段，但血液在循环回路中形成血栓的风险，限制了设备的长期稳定使用。开发更不易形成血栓、适合长期使用的新型材料，已成为医疗器械材料研究中的关键课题。此前研究认为，抗血栓材料与血液成分接触的界面处可能存在特殊水分子结构，形成阻隔血栓形成的屏障层，但其具体形成机制尚不清楚。

图：中间水的运动示意图。研究发现存在三种扩散类型：“快速局部扩散”，局限于狭窄区域;“慢速局部扩散”，覆盖稍大的区域;以及“重心扩散”，在受限空间之间移动。这些扩散类型与聚合物和水的微相分离结构有关。

此次研究中，团队采用中子准弹性散射技术，分别观察PMEA分子链及其表面吸附水分子的运动状态。研究人员制备了添加重水的普通PMEA样品，以及添加轻水的氘代PMEA样品，从而区分聚合物本身与吸附水的运动信号。实验结果显示，PMEA中存在一种运动速度比普通水慢10至100倍的水分子，即“中间水”。研究团队认为，这一发现为解释PMEA抗血栓性能提供了直接证据。

研究还发现，中间水的运动被限制在纳米尺度空间内。该结果与此前原子力显微镜(AFM)研究相吻合：PMEA与水相互作用后会形成微相分离结构，而这种纳米级结构可能为中间水提供“支架”，使其在材料表面形成稳定的屏障层。

研究团队表示，这一成果有助于理解同时具有亲水和疏水区域的PMEA材料中，中间水如何形成并发挥作用，也将为设计性能更优的新型抗血栓材料提供依据。未来，相关研究有望推动更安全、高性能医疗器械材料的开发。