本发明涉及持续释放核黄素及抗凝药的双层水性聚氨酯涂层及其应用，所述双层水性聚氨酯涂层包括内外两层结构，内层为阳离子型水性聚氨酯层，外层为阴离子型水性聚氨酯层，阳离子型水性聚氨酯层的原料中添加有核黄素，阴离子型水性聚氨酯层的原料中添加有核黄素和抗凝药物。所述双层水性聚氨酯涂层在体外血液循环光动力治疗中的应用，双层水性聚氨酯涂层涂覆在光动力治疗设备中的血液通道的内壁面上。采用本发明进行体外血液循环治疗时，双层水性聚氨酯涂层接触血液后能够稳定并持续地向血液中释放核黄素和抗凝药物，提高了核黄素和抗凝药物参与光动力治疗的持久性和稳定性，核黄素经过光照产生活性氧ROS能够对血液中的肿瘤细胞进行迅速灭活。