载锌离子的医用钛材表面性能研究(附件)
医用钛材由于其良好的耐腐蚀性能和力学性能被广泛的应用于血液接触和骨修复领域，锌离子能够起到调节和控制生物体功能的作用。本文首先在钛材表面沉积多巴胺涂层，进一步固定壳聚糖分子，最后利用壳聚糖螯合作用在材料表面载入锌离子，并对材料的性能进行了详细研究。红外光谱测试以及扫描电镜的观察表明，采用壳聚糖螯合锌离子能够使锌离子比较稳定的装载在钛材表面；水接触角测量结果显示，在钛材表面装载了锌离子之后，材料表面的亲水性降低；血小板粘附实验结果表明在锌离子装载在材料表面之后，血小板粘附数量显著减少，表明钛合金表面的抗凝血性能提高；细胞实验结果表明了材料经过改性后，细胞相容性得到了提高。关键词 钛合金，血液相容性，锌离子，表面改性
目录
1 绪论 1
1.1 问题的提出 1
1.2 生物材料的定义 1
1.3 医用钛合金的发展与性质 2
1.4 钛合金表面改性研究 2
1.4.1 机械表面改性 2
1.4.2 化学表面改性 2
1.4.3 生物化学表面改性 3
1.4.4 物理表面改性 4
1.5 血液相容性 4
1.6 本课题的目的和意义 4
1.7 本课题的技术路线和研究内容 4
2 实验 6
2.1实验材料、试剂和设备 6
2.1.1 钛材样品 6
2.1.2 实验试剂 6
2.1.3 实验仪器 6
2.2 钛材样品的制备 7
2.2.1 多巴胺沉积 7
2.2.2 壳聚糖螯合锌离子 7
2.3 钛片的物理、化学表征 7
2.3.1钛片的表面形貌 7
2.3.2 钛片表面的红外光谱测量 8
2.3.3 钛片表面的亲疏水性测量表征 8
2.3.4 钛片表面的极化曲线测量表征 8
2.3.5 钛片表面的血液相容性表征 9
2.3.6 钛片表面的细胞相容性表征 10
3 实验结果与讨论 10
3.1钛片的表面形貌 10
3.2红外光谱分析 11
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.3表面水接触角分析 12
3.4极化曲线分析 13
3.5血液相容性分析 14
3.5.1血小板粘附性能分析 14
3.5.2 溶血性分析 15
3.6细胞相容性分析 16
结论 20
致谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1 问题的提出
随着医疗水平的不断提高，生物医用材料也在迅速发展。生物医用材料，是指用于生物体进行诊断、治疗、修复或替换其受损组织、器官或增进其功能的新型高科技材料[13]。
纯钛及其合金具有与骨相似的特性，如弹性模量高、比强度高、生物相容性好以及在生物环境中具有优异的抗腐蚀性等，使其广泛应用于血液接触材料和骨修复材料。但是钛合金仍然存在着一些缺点，其表面的抗凝血活性并不理想，这会使得材料在植入人体后引发血栓对患者产生威胁。因为材料与血液之间的相互作用发生在材料表面上，所以需要在材料的表面上进行改性处理[4,5]。
锌是人体内重要的微量金属元素之一，在临床治疗上，缺锌会严重影响伤口愈合的速度。人体皮肤中锌含量丰富，约占人体总含量的20%，这表明皮肤是对缺锌最为敏感的器官。锌还具有抗紫外线辐射、加速伤口愈合、提高机体抵抗力、抵抗氧化，并对皮肤具有光保护作用。
锌离子是生物组织中大多数酶的必要成分，它能够参与核酸和蛋白质的代谢进程。在纤维细胞增殖及胶原合成过程当中，锌离子也起重要作用。
壳聚糖是自然界中唯一的碱性多糖，无毒，具有良好的生物活性，广泛应用于医疗领域。由于壳聚糖结构中存在氨基，因此它可与大多数金属离子结合。本文采用壳聚糖螯合锌离子的特性使其吸附在钛材表面，从而改善材料的表面性质。
1.2 生物材料的定义
生物材料通常指非生命材料，当其被用于医疗目的并被植入活体组织中以实现某种功能的时候也称之为生物医学材料。生物医学材料是具有特殊功能的材料，用于修复人体器官等，但几乎不会对人体产生不良反应。作为一种生物医学材料，它必须具备以下先决条件：
无毒，无致癌性，不会引起人体细胞的突变或者组织细胞的反应；
与人体组织的相容性好，不会引起溶血凝血，过敏等现象；
化学性质稳定，不与体液，血液，酶发生作用；
物理性质优异，即具有与天然组织结构相类似的机械特性。
1.3 医用钛合金的发展与性质
钛及其合金的开发可以分为三个阶段，第一个阶段主要以纯钛和Ti6Al4V为主，后者在70年代后期被广泛应用于外科修复材料。由于Ti6Al4V中的V元素含有毒性，为了避免这个问题，在80年代中期，新型α+β型合金，以Ti5Al2.5Fe和Ti6Al7Nb为主的钛合金得到了发展，这便是第二个阶段。而第三个阶段则是注重研发更加良好的生物相容性的阶段，这个阶段主要以研发β型钛合金为主[69]。
钛金属的密度、强度和弹性模量均与人骨相接近，这一特性使得其能够很好的传导在不同骨骼的界面处发生的力，从而使由于较大的应力集中而导致的骨折裂和牙松动等这些危害的发生率降低。尽管钛合金由于这些优点而被普遍运用于植入材料，但它们仍然具有诸如耐蚀性差，与四周组织联结不佳等缺点。这是由于钛表面存在惰性氧化层，这层氧化物在一定程度上限制了金属钛与骨组织之间理想化学键合的形成，这会使得在植入体内后钛材与人体组织间会形成一层非矿化层，从而使得两者之间发生微运动，导致钛材发生松动甚至脱落，这不符合临床需求 [10,11]。因此，有必要通过表面改性来改善钛的生物活性。
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1 绪论 1
1.1 问题的提出 1
1.2 生物材料的定义 1
1.3 医用钛合金的发展与性质 2
1.4 钛合金表面改性研究 2
1.4.1 机械表面改性 2
1.4.2 化学表面改性 2
1.4.3 生物化学表面改性 3
1.4.4 物理表面改性 4
1.5 血液相容性 4
1.6 本课题的目的和意义 4
1.7 本课题的技术路线和研究内容 4
2 实验 6
2.1实验材料、试剂和设备 6
2.1.1 钛材样品 6
2.1.2 实验试剂 6
2.1.3 实验仪器 6
2.2 钛材样品的制备 7
2.2.1 多巴胺沉积 7
2.2.2 壳聚糖螯合锌离子 7
2.3 钛片的物理、化学表征 7
2.3.1钛片的表面形貌 7
2.3.2 钛片表面的红外光谱测量 8
2.3.3 钛片表面的亲疏水性测量表征 8
2.3.4 钛片表面的极化曲线测量表征 8
2.3.5 钛片表面的血液相容性表征 9
2.3.6 钛片表面的细胞相容性表征 10
3 实验结果与讨论 10
3.1钛片的表面形貌 10
3.2红外光谱分析 11
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3.3表面水接触角分析 12
3.4极化曲线分析 13
3.5血液相容性分析 14
3.5.1血小板粘附性能分析 14
3.5.2 溶血性分析 15
3.6细胞相容性分析 16
结论 20
致谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1 问题的提出
随着医疗水平的不断提高，生物医用材料也在迅速发展。生物医用材料，是指用于生物体进行诊断、治疗、修复或替换其受损组织、器官或增进其功能的新型高科技材料[13]。
纯钛及其合金具有与骨相似的特性，如弹性模量高、比强度高、生物相容性好以及在生物环境中具有优异的抗腐蚀性等，使其广泛应用于血液接触材料和骨修复材料。但是钛合金仍然存在着一些缺点，其表面的抗凝血活性并不理想，这会使得材料在植入人体后引发血栓对患者产生威胁。因为材料与血液之间的相互作用发生在材料表面上，所以需要在材料的表面上进行改性处理[4,5]。
锌是人体内重要的微量金属元素之一，在临床治疗上，缺锌会严重影响伤口愈合的速度。人体皮肤中锌含量丰富，约占人体总含量的20%，这表明皮肤是对缺锌最为敏感的器官。锌还具有抗紫外线辐射、加速伤口愈合、提高机体抵抗力、抵抗氧化，并对皮肤具有光保护作用。
锌离子是生物组织中大多数酶的必要成分，它能够参与核酸和蛋白质的代谢进程。在纤维细胞增殖及胶原合成过程当中，锌离子也起重要作用。
壳聚糖是自然界中唯一的碱性多糖，无毒，具有良好的生物活性，广泛应用于医疗领域。由于壳聚糖结构中存在氨基，因此它可与大多数金属离子结合。本文采用壳聚糖螯合锌离子的特性使其吸附在钛材表面，从而改善材料的表面性质。
1.2 生物材料的定义
生物材料通常指非生命材料，当其被用于医疗目的并被植入活体组织中以实现某种功能的时候也称之为生物医学材料。生物医学材料是具有特殊功能的材料，用于修复人体器官等，但几乎不会对人体产生不良反应。作为一种生物医学材料，它必须具备以下先决条件：
无毒，无致癌性，不会引起人体细胞的突变或者组织细胞的反应；
与人体组织的相容性好，不会引起溶血凝血，过敏等现象；
化学性质稳定，不与体液，血液，酶发生作用；
物理性质优异，即具有与天然组织结构相类似的机械特性。
1.3 医用钛合金的发展与性质
钛及其合金的开发可以分为三个阶段，第一个阶段主要以纯钛和Ti6Al4V为主，后者在70年代后期被广泛应用于外科修复材料。由于Ti6Al4V中的V元素含有毒性，为了避免这个问题，在80年代中期，新型α+β型合金，以Ti5Al2.5Fe和Ti6Al7Nb为主的钛合金得到了发展，这便是第二个阶段。而第三个阶段则是注重研发更加良好的生物相容性的阶段，这个阶段主要以研发β型钛合金为主[69]。
钛金属的密度、强度和弹性模量均与人骨相接近，这一特性使得其能够很好的传导在不同骨骼的界面处发生的力，从而使由于较大的应力集中而导致的骨折裂和牙松动等这些危害的发生率降低。尽管钛合金由于这些优点而被普遍运用于植入材料，但它们仍然具有诸如耐蚀性差，与四周组织联结不佳等缺点。这是由于钛表面存在惰性氧化层，这层氧化物在一定程度上限制了金属钛与骨组织之间理想化学键合的形成，这会使得在植入体内后钛材与人体组织间会形成一层非矿化层，从而使得两者之间发生微运动，导致钛材发生松动甚至脱落，这不符合临床需求 [10,11]。因此，有必要通过表面改性来改善钛的生物活性。
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