材料表面硫酸软骨素纳米颗粒微图形的制备及评价
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 心血管疾病 1
1.1.2 血管支架介入治疗 1
1.2 生物医用材料 1
1.2.1 生物医用材料的定义及分类 1
1.2.2 生物医用不锈钢材料的性能及应用 2
1.3 生物医用材料的表面改性 2
1.3.1 抗凝性 2
1.3.2 促内皮再生 3
1.4 多巴胺涂层 3
1.4.1 多巴胺的结构 3
1.4.2 多巴胺的聚合机理 3
1.5 硫酸软骨素/多聚赖氨酸纳米颗粒的性能与应用 4
1.5.1 硫酸软骨素性能及应用 4
1.5.2 多聚赖氨酸性能及应用 4
1.5.3 硫酸软骨素/多聚赖氨酸纳米颗粒 5
1.6 微图形化技术 5
1.7 本课题研究的目的和意义 5
1.8 本课题研究内容与技术路线 6
1.8.1 研究内容 6
1.8.2 技术路线 6
2 实验 8
2.1 样品、试剂及仪器 8
2.1.1 样品 8
2.1.2 试剂 8
2.1.3 仪器 8
2.2 纳米颗粒的制备与表征 9
2.2.1 纳米颗粒的制备与样品制备 9
2.2.2 纳米颗粒的性质表征 9
2.3 水接触角 9
2.4 傅里叶红外光谱 10
2.5 硫酸软骨素定量实验 10
2.6 血小板黏附实验 11
2.7 细胞相容性实验 12
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2.7.1 内皮细胞的培养 12
2.7.2 内皮细胞的种植与检测 12
3 实验结果与分析 13
3.1 纳米颗粒粒度分析 13
3.2 水接触角分析 13
3.3 ATR—FTIR分析 14
3.4 SEM分析 14
3.5 硫酸软骨素定量分析 15
3.6 血小板粘附性能分析 15
3.7 细胞相容性分析 16
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 心血管疾病
随着现代医药水平的提高，人类的疾病正在被不断治愈，但是心血管疾病仍然是造成全球死亡的首要原因,全球每年因心血管疾病所造成的死亡人数占每年死亡总人数的三分之一左右，然而在发展中国家,达到百分之八十之多[1]。全球心血管疾病死亡人数逐年在增加,目前已经成为人类生命健康的头等威胁。
心血管疾病主要包括心脏血管疾病和脑血管疾病，通常心血管疾病是指由于高脂血症、血液粘稠、动脉粥样硬化、高血压等所造成的心脏、大脑及人体全身组织产生缺血性或出血性疾病[2]。冠心病作为最常见的一类心血管疾病，是一种由于冠状动脉粥样硬化和狭窄而引发的心脏功能性紊乱。经皮冠状介入治疗是临床上进行动脉粥样硬化治疗的主要方式,该方法可以恢复狭窄血管中血液的正常流通。金属支架作为经皮冠状介入治疗中一种重要的医疗植入器械已经得到广泛地应用[3]。
1.1.2 血管支架介入治疗
临床上，常使用金属制血管支架植入病变血管处，撑开堵塞的血管，以恢复血流通畅，从而达到治疗冠心病的目的。血管支架在临床上的效果虽然已经非常明显，但是，作为一种医疗植入器械，血管支架也有许多不足之处，血管支架在植入人体后引发的材料表面凝血反应及内皮功能紊乱等并发症常常导致植入材料的失败[4]。其中最主要的是血管支架内再狭窄，即重新堵塞血管，危及患者生命。因此，必须对介入支架材料进行表面改性，使其表面具有抗凝血性。
迄今为止，研究者依然没有找到一种合适的表面功能层构建方法，使表面有选择性抗凝、抑制内膜增生，同时促进内皮再生的能力。其中最主要的限制来自于生物功能分子在材料表面的正确组合及组装，包括生物活性，固定量及持久性。
1.2 生物医用材料
1.2.1 生物医用材料的定义及分类
生物医用材料是用来对生物体进行诊断、治疗、修复或者替换其病损组织、器官，或者增进其功能的材料[5]。按照材料的组成和性质，生物医用材料可以分为生物医用金属材料、生物医用无机非金属材料、生物医用高分子材料、生物医用复合材料以及生物生物衍生材料等[6]。
1.2.2 生物医用不锈钢材料的性能及应用
生物医用不锈钢材料是一种应用广泛的生物医用金属材料。由于不锈钢材料有其独特的性能（耐腐蚀、疲劳强度高、机械强度高、易于加工等），使其在外科器械、手术器械及支架材料等许多方面表现出优异的使用性能。
然而支架材料在植入人体后，由于组织对于外物十分敏感，因此，植入支架材料在人体中一方面要达到良好的治疗目的外，另一方面还必须首先要保证其是安全无害的，对周围的生物组织、血液和细胞等都没有产生不 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
利的影响。不锈钢材料(316L SS)在组织组成上与人体成分相差甚远，不具有生物活性，它表现出非常差的生物相容性。因此，需要对生物医用不锈钢材料进行表面改性处理。
1.3 生物医用材料的表面改性
生物医用材料的表面改性方法多样，总的来说，表面改性并不改变材料的整体性能，只是改变材料表面的某些性能，从而获得所需的功能表面。常用的表面改性方法有通过物理、化学和机械的方法，改变材料表面的化学结构和组成，达到改性的目的。另外，还有不改变材料表面的任何物质，只是在表面涂覆或者固定具有一定功能的生物分子，使原来的表面被取代而形成新的表面的方法。由于改性后的表面存在生物分子，使其具有良好的生物相容性，而基体材料依然是生物医用不锈钢材料，耐蚀性和耐磨性很高。
1.3.1 抗凝性
在介入医疗中，人体中的血液在接触到外物时，会出现一系列的反应，造成凝血：首先血液中的蛋白质和脂质在材料表面迅速吸附、聚集，造成吸附的血浆蛋白分子的构象发生变化，然后血细胞会粘附、变形从而激活，或通过聚集并释放大量的凝血因
图1-1 生物体中凝血的过程
子，产生凝血酶，激活更多的凝血因子，循环发生凝血反应最终导致凝血过程级联反应进而形成血栓[7]。凝血系统有内源性凝血与外源性凝血两条途径（如图1-1所示）[8]。
1.3.2 促内皮再生
同样，促内皮再生也很重要，因为不管何种手术，都会在人体留下创伤，如何让组织恢复原有功能，是一重大研究课题[9]。用于提高表面生物学行为的生物分子包括雌激素和血小板衍生生长因子受体抑制剂等，雌激素，尤其是衍生物17-β-雌激素已经引入到心血管系统，显示出防御早期粥样斑块的作用，同时，17-β-雌激素能够促进重新内皮化，抑制平滑肌增生与迁移、防止再狭窄。动物试验表明，雌激素能够加快损伤处内皮细胞的应答修复，减少内膜增生，雌激素涂覆的支架通过减少内膜增生来防止猪模型植入支架后的支架内再狭窄[10]。雌激素也可以通过等离子体聚合经可水解的共价键耦合到金属表面上，以促进内皮再生。
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 心血管疾病 1
1.1.2 血管支架介入治疗 1
1.2 生物医用材料 1
1.2.1 生物医用材料的定义及分类 1
1.2.2 生物医用不锈钢材料的性能及应用 2
1.3 生物医用材料的表面改性 2
1.3.1 抗凝性 2
1.3.2 促内皮再生 3
1.4 多巴胺涂层 3
1.4.1 多巴胺的结构 3
1.4.2 多巴胺的聚合机理 3
1.5 硫酸软骨素/多聚赖氨酸纳米颗粒的性能与应用 4
1.5.1 硫酸软骨素性能及应用 4
1.5.2 多聚赖氨酸性能及应用 4
1.5.3 硫酸软骨素/多聚赖氨酸纳米颗粒 5
1.6 微图形化技术 5
1.7 本课题研究的目的和意义 5
1.8 本课题研究内容与技术路线 6
1.8.1 研究内容 6
1.8.2 技术路线 6
2 实验 8
2.1 样品、试剂及仪器 8
2.1.1 样品 8
2.1.2 试剂 8
2.1.3 仪器 8
2.2 纳米颗粒的制备与表征 9
2.2.1 纳米颗粒的制备与样品制备 9
2.2.2 纳米颗粒的性质表征 9
2.3 水接触角 9
2.4 傅里叶红外光谱 10
2.5 硫酸软骨素定量实验 10
2.6 血小板黏附实验 11
2.7 细胞相容性实验 12
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2.7.1 内皮细胞的培养 12
2.7.2 内皮细胞的种植与检测 12
3 实验结果与分析 13
3.1 纳米颗粒粒度分析 13
3.2 水接触角分析 13
3.3 ATR—FTIR分析 14
3.4 SEM分析 14
3.5 硫酸软骨素定量分析 15
3.6 血小板粘附性能分析 15
3.7 细胞相容性分析 16
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 心血管疾病
随着现代医药水平的提高，人类的疾病正在被不断治愈，但是心血管疾病仍然是造成全球死亡的首要原因,全球每年因心血管疾病所造成的死亡人数占每年死亡总人数的三分之一左右，然而在发展中国家,达到百分之八十之多[1]。全球心血管疾病死亡人数逐年在增加,目前已经成为人类生命健康的头等威胁。
心血管疾病主要包括心脏血管疾病和脑血管疾病，通常心血管疾病是指由于高脂血症、血液粘稠、动脉粥样硬化、高血压等所造成的心脏、大脑及人体全身组织产生缺血性或出血性疾病[2]。冠心病作为最常见的一类心血管疾病，是一种由于冠状动脉粥样硬化和狭窄而引发的心脏功能性紊乱。经皮冠状介入治疗是临床上进行动脉粥样硬化治疗的主要方式,该方法可以恢复狭窄血管中血液的正常流通。金属支架作为经皮冠状介入治疗中一种重要的医疗植入器械已经得到广泛地应用[3]。
1.1.2 血管支架介入治疗
临床上，常使用金属制血管支架植入病变血管处，撑开堵塞的血管，以恢复血流通畅，从而达到治疗冠心病的目的。血管支架在临床上的效果虽然已经非常明显，但是，作为一种医疗植入器械，血管支架也有许多不足之处，血管支架在植入人体后引发的材料表面凝血反应及内皮功能紊乱等并发症常常导致植入材料的失败[4]。其中最主要的是血管支架内再狭窄，即重新堵塞血管，危及患者生命。因此，必须对介入支架材料进行表面改性，使其表面具有抗凝血性。
迄今为止，研究者依然没有找到一种合适的表面功能层构建方法，使表面有选择性抗凝、抑制内膜增生，同时促进内皮再生的能力。其中最主要的限制来自于生物功能分子在材料表面的正确组合及组装，包括生物活性，固定量及持久性。
1.2 生物医用材料
1.2.1 生物医用材料的定义及分类
生物医用材料是用来对生物体进行诊断、治疗、修复或者替换其病损组织、器官，或者增进其功能的材料[5]。按照材料的组成和性质，生物医用材料可以分为生物医用金属材料、生物医用无机非金属材料、生物医用高分子材料、生物医用复合材料以及生物生物衍生材料等[6]。
1.2.2 生物医用不锈钢材料的性能及应用
生物医用不锈钢材料是一种应用广泛的生物医用金属材料。由于不锈钢材料有其独特的性能（耐腐蚀、疲劳强度高、机械强度高、易于加工等），使其在外科器械、手术器械及支架材料等许多方面表现出优异的使用性能。
然而支架材料在植入人体后，由于组织对于外物十分敏感，因此，植入支架材料在人体中一方面要达到良好的治疗目的外，另一方面还必须首先要保证其是安全无害的，对周围的生物组织、血液和细胞等都没有产生不 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
利的影响。不锈钢材料(316L SS)在组织组成上与人体成分相差甚远，不具有生物活性，它表现出非常差的生物相容性。因此，需要对生物医用不锈钢材料进行表面改性处理。
1.3 生物医用材料的表面改性
生物医用材料的表面改性方法多样，总的来说，表面改性并不改变材料的整体性能，只是改变材料表面的某些性能，从而获得所需的功能表面。常用的表面改性方法有通过物理、化学和机械的方法，改变材料表面的化学结构和组成，达到改性的目的。另外，还有不改变材料表面的任何物质，只是在表面涂覆或者固定具有一定功能的生物分子，使原来的表面被取代而形成新的表面的方法。由于改性后的表面存在生物分子，使其具有良好的生物相容性，而基体材料依然是生物医用不锈钢材料，耐蚀性和耐磨性很高。
1.3.1 抗凝性
在介入医疗中，人体中的血液在接触到外物时，会出现一系列的反应，造成凝血：首先血液中的蛋白质和脂质在材料表面迅速吸附、聚集，造成吸附的血浆蛋白分子的构象发生变化，然后血细胞会粘附、变形从而激活，或通过聚集并释放大量的凝血因
图1-1 生物体中凝血的过程
子，产生凝血酶，激活更多的凝血因子，循环发生凝血反应最终导致凝血过程级联反应进而形成血栓[7]。凝血系统有内源性凝血与外源性凝血两条途径（如图1-1所示）[8]。
1.3.2 促内皮再生
同样，促内皮再生也很重要，因为不管何种手术，都会在人体留下创伤，如何让组织恢复原有功能，是一重大研究课题[9]。用于提高表面生物学行为的生物分子包括雌激素和血小板衍生生长因子受体抑制剂等，雌激素，尤其是衍生物17-β-雌激素已经引入到心血管系统，显示出防御早期粥样斑块的作用，同时，17-β-雌激素能够促进重新内皮化，抑制平滑肌增生与迁移、防止再狭窄。动物试验表明，雌激素能够加快损伤处内皮细胞的应答修复，减少内膜增生，雌激素涂覆的支架通过减少内膜增生来防止猪模型植入支架后的支架内再狭窄[10]。雌激素也可以通过等离子体聚合经可水解的共价键耦合到金属表面上，以促进内皮再生。
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