《生物材料学》课件--第九章 生物材料表面改性.pptVIP

第九章 生物材料的表面改性 讲授的主要内容 9.1 表面改性的意义与方法 9.2 表面形貌的改变 9.3 生成表面转化层 9.4 表面施加涂层 9.5 表面引入活性基团、接枝单体和结合化学分子 9.6 表面生物化 9.1 表面改性的意义与方法 表面改性的目的: 改善生物学性能，如组织相容性，血液相容性 改善力学性能，如耐磨性 改善化学性能，如耐蚀性 1、表面性能对细胞黏附的影响 (1)表面拓扑(topograph) 已经知道，材料与细胞的系统固定时，材料表面粗糙度对细胞的黏附有显著的影响。 大体说来，就是特别光滑的表面和特别粗糙的表面细胞黏附都不好，而适当的粗糙度有利于黏附。不同类型的细胞大小和特性不同，因此没有统一的最佳黏附粗糙度。文献中给出适合成骨细胞黏附的钛合金和羟基磷灰石的粗糙度是200nm～700nm。 多孔材料中的孔隙大小，也影响细胞黏附。对细胞黏附也有一个适当的孔隙，相对于细胞大小而言，太小或太大的孔隙均不利于黏附。 (2)材料表面亲水性能 亲水性的材料表面有利于细胞黏附。 例如，用离子束辐照材料表面，聚羟基脂肪酸酯高分子材料在150keV，COOH-离子注入剂量从5×1012离子数／cm2到1×1015离子数／cm2时，PHB的接触角从原来的68.5度下降到接近0度，成骨细胞在该材料上也由原来的黏附不良变成充分黏附和铺展，细胞呈多边形形貌，并伸出很多伪足。 2、高聚物表面特性对血液相容性的影响 研究表明，一种生物材料血液相容性的优劣主要取决于本体材料的形态结构，也与生物材料的表面性能密切相关。 生物材料的表面性质如表面的物理性能、表面电荷、亲水性、表面自由能、微相分离结构等，在生物学反应中起着至关重要的作用。 (1)表面物理特性 生物材料的表面粗糙程度对血液相容性有一定的影响。一般认为，对于同种材料而言，材料表面光洁度的提高有利于减少血栓的形成，粗糙程度过高的材料容易引起凝血。 研究者对血管表面的研究发现，宏观观察表面光滑，微观出现微相分离结构的材料具有优良的血液相容性。 材料微相分离结构的形成可以体现亲水性/疏水性、正负电荷、结晶态/非结晶态等结构，在材料表面往往存在着化学及物理性能的不同，使得材料具有独特的性能。 例如，材料大分子链上含有聚集态的亲水链和疏水链时，可以降低血浆纤维蛋白的吸附，提高材料表面的抗血栓性能。 (2)表面电荷 细胞电泳测定表明，红细胞、白细胞和血小板表面、蛋白质等都带有负电荷，血管壁也呈负电性(-12~8mV) 。一般认为，如果材料表面带有适量的负电荷，它可以阻止这些细胞和蛋白的黏附，具有较好的血液相容性。 但玻璃、陶瓷表面带有负电荷却引起了强烈的血液凝固反应，这主要是因为这些负电荷激活了凝血因子XII而导致内源性凝血，可能与其他材料因素有关。 (3)表面的亲水性 如果高聚物的侧基含有亲水性基团，如-OH、-COOH、-CONH2、-NH、-SO3Na、-SOH等，有利于提高材料的抗凝血作用。 主要是因为亲水性基团所构成的亲水区容易黏附白蛋白，对血小板的黏附有阻碍作用，不易激活凝血系统，从而阻止了血栓的形成； 在疏水区则有选择性的吸附?-球蛋白和纤维蛋白原，吸附之后所引起的蛋白构象改变要比亲水性表面吸附的蛋白大。 (4)表面自由能 1965年Lyman等指出材料表面自由能与凝血所需的界面反应能密切相关。 一般来说，材料表面自由能越低，抗凝血性越好。Bayer提出，材料的临界表面张力为20×10-3~30×10-3 N/m时，材料具有较好的血液相容性。 表面改性的方法 机械方法：如机械表面加工，喷丸，喷砂 物理方法：如物理气相沉积，等离子体溅射、聚合、接枝，等离子体喷涂，离子注入，激光表面处理 化学与电化学方法：如表面接枝，电化学抛光、沉积，阳极氧化，溶胶-凝胶法，电泳沉积，仿生溶液法，化学气相沉积 生物学方法：如结合生物大分子，表面内皮化 表面改性的途径 表面形貌的改变 生成表面转化层 表面施加涂层 表面引入活性基团、接枝单体和结合化学分子 表面生物化 等离子体简介 等离子体是气体经电离产生的大量带电粒子（离子、电子）和激发态的中性粒子（原子、分子）所组成的体系，因其总的正、负电荷数相同，故称为等离子体，为物质的第四态一一等离子态。 等离子体分为高温等离子体和低温等离子体。 低温等离子体是指在直流电弧放电、辉光放电、微波放电、电晕放电、射频放电等条件下所产生的部分电离气体，其中由于电子质量远小于离子的质量，故电子温度可以远高于离子温度，离子温度甚至可以与室温相当。电子的能量也较高(0-20eV)。 低温等离子体中的粒子具有一定的能量，可与材料表