【复旦大学】医用高分子材料.7.pdf

第七章生物医用材料表面改性 •1. 表面形貌与生物相容性 •2. 生物医用材料的表面修饰 •3. 等离子体表面改性 •4. 离子注入表面改性 •5. 表面涂层与薄膜合成 •6. 自组装单分子层 1. 表面形貌与生物相容性 •表面平整光洁的材料与组织接触 后，周围形成的是一层较厚的与 材料无结合的包囊组织。这种组 织是由成纤维细胞平行排列而成， 容易形成炎症和成瘤。粗糙的材 料表面则促使细胞和组织与材料 表面附着和紧密结合。 表面改性方法 1. 表面粗糙化 控制材料表面的粗糙化主要有以下方法： •1) 用精密的机械加工方法在材料表面加 工出约500μm尺寸的螺线、台阶和孔等； •2) 用微机械和微刻蚀技术获得3-10μm深 度且距离和形状均可精确控制的粗糙表 面； •3) 用等离子体喷涂复型方法及离子束轰 击方法，能获得精确的表面显微形貌。 表面改性方法 2. 生物医用材料的表面修饰 1) 种植内皮细胞 • 将从自体获得的内皮细胞培养、繁殖2~3代， 然后与血液混合，注入人工血管腔内，在37℃、 50% CO 及旋转条件下培养3h，再用细胞培养 2 液融合培养7~10天。待内皮细胞在材料表面融 合成单层后再进行外科植入手术。 •2) 涂布白蛋白涂层 •3) 聚氧化乙烯表面接枝 •4) 磷脂基团表面 表面改性方法 3. 等离子体表面改性 等离子体是一种全部或部分电离的气态物质，含 有亚稳态和激发态的原子、分子、离子，并且电 子、正离子、负离子的含量大致相等。等离子体 中的电子、离子、原子、分子等都具有一定能量， 可与材料表面相互作用，产生表面反应，使表面 发生物理化学变化而实现表面改性。 •等离子体表面改性的类型： •1） 等离子体表面聚合 等离子体聚合物 •2 ） 等离子体表面处理 的最大特点是具 •3 ） 等离子体表面接枝 有高度交联的网 络结构。 等离子体 等离子体包含下列物质： （1）电子，包括高速电子和低速电子； （2 ）激发的中性原子和分子； （3 ）分子自由基； （4 ）正负离子； 等离子体的反应 •Klausner等将气相等离子体的反应归为三类： • （1）表面反应——表面的取代和加成反应均在此 类，此类反应中聚合物基质的碳原子数无显著变 化。 • （2 ）沉积/ 聚合——取代的碳原子加至聚合物表 面。等离子体生成的聚合物可以先生成与气相， 然后沉积于聚合物基质；或者聚合物表面先生成 自由基，然后与气体自由基相互反应。 • （3 ）蚀刻/消除——这个过程发生于所有等离子 体，原子受物理蚀刻而从聚合物表面移去，或者 通过表面的化学反应生成挥发性产物。 最大水接触角 图(a)为未处理的NiTi合 金,SEM结果显示表面腐蚀 严重,有许多较大的腐蚀斑 点出现,表面较粗糙.图(b) 是经等离子体改性后的 NiTi合金SEM 照片,结果显 示表面的类PEG层具有明显 的抗腐蚀作用,其表面粗糙 度比改性前大大降低,由于 在NiTi合金表面沉积了PEG 大分子层,因此未见腐蚀斑 点出现. 表面改性方法 4. 离子注入表面改性 •由离子源产生离子，通过质量分析器的磁 偏转作用对离子进行选择，只使一种质量 的离子通过，离子经强电场或多级电场加 速后由静电透镜聚焦，利用静电扫描器扫 描，轰击样品的表面，实现离子注入。 •离子注入的特点是：准确的在材料表面预 定深度注入预定剂量的高能量离子，使材 料表层的化学成分、相结构和组织发生显 著变化，以改变材料与生物体相互作用行 为。 表面改性方法