钛合金表面肝素功能化改性研究
目录
1引言 1
1.1 生物医用材料的研究背景 1
1.2 生物医用材料对人体的生物学反应 2
1.3 生物医用钛及钛合金的特点 2
1.4 医用钛及钛合金材料的发展及不足 3
1.5 医用钛及钛合金材料的血液相容性 3
1.6 医用钛合金的表面改性的方法 3
1.7 钛合金表面肝素化修饰 6
1.8 借助聚多巴胺钛合金表面修饰 7
1.9 本课题研究的意义 8
2 实验 8
2.1 本实验研究钛表面固定多巴胺和接枝肝素的基本技术路线 8
2.1 本实验流程图 8
2.3 实验试剂和实验仪器 10
2.4 钛合金样品的制备 11
2.5 钛合金样品的预处理 11
2.6 多巴胺的自聚合 11
2.7 肝素的接枝 11
2.8 材料表面表征 12
3 实验结果分析 13
3.1 ATR-FTIR(傅立叶全反射红外光谱法)分析成分 14
3.2 亲疏水性的评定 15
3.3 血小板黏附实验 17
总结 18
致 谢 19
参考文献 20
1 引言
1.1 生物医用材料的研究背景
1.1.1 生物医用材料的发展
生物医用材料的发展与人类的历史是一样的漫长。当有了人类的时候就出现了疾病，生物医用材料是治疗疾病的重要工具之一。
根据它发展的历史和它本身的特点可以将生物医用材料分为三代[1]。第一代是在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
20世纪初，其中具有代表性的材料有石膏、棉花、橡胶等。这些材料多数已经被现代医学所淘汰。第二代是建立在医学、生物化学、物理学等高端技术基础上面的。研究者多数是科学家或者是材料学家。其中具有代表性的材料有羟基磷灰石、胶原、多肽、纤维蛋白等。第三代材料主要研究的方向是促进人体自身恢复和再生功能的的生物医用复合材料。生物医用材料是研究人工器官和医疗器械的基础，已成为当代材料学科的重要组成部分。特别是在当代生物技术快速发展的时期，生物医用材料已经成为各个国家研究的热点。
在每个历史时期，生物医用材料有着不同的意义，但是唯一不变的是生物医用材料可以用来当做组织或器官的治疗、修复。然而每个生命都是很复杂的，它本身就具有一定的生长、再生和修复的能力，这是生物医用材料无法替代的。所以，生物材料与人们真正的期望和要求都还相差甚远。
在现代，被仔细研究过的生物医用材料就有1000多种，包括材料学的各个领域。目前，由于人口的老龄化和各种疑难患病的人数的增加，使得生物医用材料得到迅速的发展[2]。所以在保证安全的情况下找到相容性好、耐腐蚀、可持久、多用途的生物医用材料。
1.1.2 生物医用材料的分类
生物医用材料按材料的组成与性质可分为如下[2]：
（1）生物医用金属材料：
生物医用金属材料有机械强度高和抗疲劳性能好的的作用。生物医用材料以纯金属、不锈钢、钴基合金和钛基合金等为代表。
（2）生物陶瓷材料：
生物陶瓷材料的化学性能比较稳定，具有很好的生物相容性能。一般来说，生物陶瓷主要包括惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷和功能活性生物陶瓷三类。
（3）生物医用高分子材料
生物医用高分子材料具有一般的物理、化学性能，而且也有足够好的生物相容性。医用高分子材料可分为非降解型和可生物降解型两类。
（4）生物医用复合材料：
（5） 生物医用复合材料主要用于修复或替换人体组织或增进其功能和人工器官的制造。
（5）生物衍生材料：
生物衍生材料具有类似自然组织的构型和功能。它主要用于皮肤淹膜、血管修复体、血液透析、骨修复体等。
1.2 选择生物医用金属材料作为研究的原因生物医用材料对人体的生物学反应
目前生物金属材料的发展相比其他材料相对缓慢，但由于金属材料有其他材料相无法比拟的优势，所以成为临床上使用最广泛的植入材料。例如比具机械强度高、抗疲劳性好等优点。
生物医用材料应该是无毒、无刺激性、无遗毒传性和没有致癌性等特点，了解生物医用材料对人类来说是至关重要的。对人体的反应主要包括组织反应、血液反应及免疫反应[3]。
组织反应包括以参出为主的组织反应和以增生为主的组织反应：以参出为主的组织反应它主要以中性粒细胞、浆液、纤维蛋白源为主。多见于植入初期和植入材料的性质稳定等特点。以增生为主的组织反应有对植入体长期损坏的情况。
血液反应包括不引起血液凝聚和不破坏血液成分两部分。抗凝系统包括抗凝和纤溶作用。抗凝主要是通过一些抗凝因子来实现的。纤维包括纤维溶酶转化为纤溶酶，纤溶酶降解为纤维蛋白。
免疫反应包括免疫抑制、变态反应和自身反应。免疫抑制使得机体抵抗病原维生物的能力降 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
低。变态反应是由于免疫反应过于强烈而损伤人体。自身免疫是由于有些医用材料造成免疫自稳功能亢进，不能识别自己和其他。
1.3 生物医用钛及钛合金的特点
纯钛及钛合金表面附着一层氧化膜，从而使其有很好的生物相容性，氧化膜的化学性能和结构都比较稳定，厚度也仅有几纳米。因为有氧化层的存在的使得钛及钛合金在体内环境中具有很好的耐腐蚀性，一般情况下不会发生严重的腐蚀现象，使其具有惰性。另外，钛在生理体液的浸泡过程中，容易吸附蛋白质形成蛋白膜[4]。
钛有很高的强度和低弹性模量，但其硬度比较低，抗磨损性能也比较差。金属材料中，也只有高强度钢的强度比钛合金要高。钛及其合金具有良好的化学稳定性、抗腐蚀性和钝化能力，一般而言，钛在氧化性、中性或者弱还原性介质中具有较好的抗腐蚀性能，这些介质不会破坏其氧化膜。能破坏钛的钝化膜的介质可以使钛腐蚀[5]。
1.4 医用钛及钛合金材料的发展及不足
钛具有很好的性质，纯钛的强度低，耐磨性能也比较差，不能充分的满足当代医学的需求，而医用钛合金的强度高，耐磨性好。因而推动了钛及钛合金的应用和发展。目前已经有20几种钛合金已经达到医学应用的要求[6]。其中Ti6A14V合金最为普遍，应用也最广泛。
钛及钛合金具有生物相容性好、弹性模量低、强度高、抗疲劳强度也比其他金属材料好。并且钛及钛合金的耐腐蚀性能好，植入体内后，组织反应小，没有发现不适的反应。所以近几年再医学上得到更广泛的应用。
为了解决钛合金在医用应用中的问题，可以从两个方面入手，一方面可以对材料本身结构及性质进行改进，开发研究各种更为优异的新型医用钛合金材料，但缺点就是钛合金的成本有点高；另一方面可以提高钛合金的表面性能，进行表面改性，既可以保留钛合金良好的力学性能，又能提高其生物相容性[7]。数年来，特别是医用钛合金的表面活化改性已成为当今的热点话题。
2.3 实验试剂和实验仪器
Ti Ti-dopa
1引言 1
1.1 生物医用材料的研究背景 1
1.2 生物医用材料对人体的生物学反应 2
1.3 生物医用钛及钛合金的特点 2
1.4 医用钛及钛合金材料的发展及不足 3
1.5 医用钛及钛合金材料的血液相容性 3
1.6 医用钛合金的表面改性的方法 3
1.7 钛合金表面肝素化修饰 6
1.8 借助聚多巴胺钛合金表面修饰 7
1.9 本课题研究的意义 8
2 实验 8
2.1 本实验研究钛表面固定多巴胺和接枝肝素的基本技术路线 8
2.1 本实验流程图 8
2.3 实验试剂和实验仪器 10
2.4 钛合金样品的制备 11
2.5 钛合金样品的预处理 11
2.6 多巴胺的自聚合 11
2.7 肝素的接枝 11
2.8 材料表面表征 12
3 实验结果分析 13
3.1 ATR-FTIR(傅立叶全反射红外光谱法)分析成分 14
3.2 亲疏水性的评定 15
3.3 血小板黏附实验 17
总结 18
致 谢 19
参考文献 20
1 引言
1.1 生物医用材料的研究背景
1.1.1 生物医用材料的发展
生物医用材料的发展与人类的历史是一样的漫长。当有了人类的时候就出现了疾病，生物医用材料是治疗疾病的重要工具之一。
根据它发展的历史和它本身的特点可以将生物医用材料分为三代[1]。第一代是在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
20世纪初，其中具有代表性的材料有石膏、棉花、橡胶等。这些材料多数已经被现代医学所淘汰。第二代是建立在医学、生物化学、物理学等高端技术基础上面的。研究者多数是科学家或者是材料学家。其中具有代表性的材料有羟基磷灰石、胶原、多肽、纤维蛋白等。第三代材料主要研究的方向是促进人体自身恢复和再生功能的的生物医用复合材料。生物医用材料是研究人工器官和医疗器械的基础，已成为当代材料学科的重要组成部分。特别是在当代生物技术快速发展的时期，生物医用材料已经成为各个国家研究的热点。
在每个历史时期，生物医用材料有着不同的意义，但是唯一不变的是生物医用材料可以用来当做组织或器官的治疗、修复。然而每个生命都是很复杂的，它本身就具有一定的生长、再生和修复的能力，这是生物医用材料无法替代的。所以，生物材料与人们真正的期望和要求都还相差甚远。
在现代，被仔细研究过的生物医用材料就有1000多种，包括材料学的各个领域。目前，由于人口的老龄化和各种疑难患病的人数的增加，使得生物医用材料得到迅速的发展[2]。所以在保证安全的情况下找到相容性好、耐腐蚀、可持久、多用途的生物医用材料。
1.1.2 生物医用材料的分类
生物医用材料按材料的组成与性质可分为如下[2]：
（1）生物医用金属材料：
生物医用金属材料有机械强度高和抗疲劳性能好的的作用。生物医用材料以纯金属、不锈钢、钴基合金和钛基合金等为代表。
（2）生物陶瓷材料：
生物陶瓷材料的化学性能比较稳定，具有很好的生物相容性能。一般来说，生物陶瓷主要包括惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷和功能活性生物陶瓷三类。
（3）生物医用高分子材料
生物医用高分子材料具有一般的物理、化学性能，而且也有足够好的生物相容性。医用高分子材料可分为非降解型和可生物降解型两类。
（4）生物医用复合材料：
（5） 生物医用复合材料主要用于修复或替换人体组织或增进其功能和人工器官的制造。
（5）生物衍生材料：
生物衍生材料具有类似自然组织的构型和功能。它主要用于皮肤淹膜、血管修复体、血液透析、骨修复体等。
1.2 选择生物医用金属材料作为研究的原因生物医用材料对人体的生物学反应
目前生物金属材料的发展相比其他材料相对缓慢，但由于金属材料有其他材料相无法比拟的优势，所以成为临床上使用最广泛的植入材料。例如比具机械强度高、抗疲劳性好等优点。
生物医用材料应该是无毒、无刺激性、无遗毒传性和没有致癌性等特点，了解生物医用材料对人类来说是至关重要的。对人体的反应主要包括组织反应、血液反应及免疫反应[3]。
组织反应包括以参出为主的组织反应和以增生为主的组织反应：以参出为主的组织反应它主要以中性粒细胞、浆液、纤维蛋白源为主。多见于植入初期和植入材料的性质稳定等特点。以增生为主的组织反应有对植入体长期损坏的情况。
血液反应包括不引起血液凝聚和不破坏血液成分两部分。抗凝系统包括抗凝和纤溶作用。抗凝主要是通过一些抗凝因子来实现的。纤维包括纤维溶酶转化为纤溶酶，纤溶酶降解为纤维蛋白。
免疫反应包括免疫抑制、变态反应和自身反应。免疫抑制使得机体抵抗病原维生物的能力降 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
低。变态反应是由于免疫反应过于强烈而损伤人体。自身免疫是由于有些医用材料造成免疫自稳功能亢进，不能识别自己和其他。
1.3 生物医用钛及钛合金的特点
纯钛及钛合金表面附着一层氧化膜，从而使其有很好的生物相容性，氧化膜的化学性能和结构都比较稳定，厚度也仅有几纳米。因为有氧化层的存在的使得钛及钛合金在体内环境中具有很好的耐腐蚀性，一般情况下不会发生严重的腐蚀现象，使其具有惰性。另外，钛在生理体液的浸泡过程中，容易吸附蛋白质形成蛋白膜[4]。
钛有很高的强度和低弹性模量，但其硬度比较低，抗磨损性能也比较差。金属材料中，也只有高强度钢的强度比钛合金要高。钛及其合金具有良好的化学稳定性、抗腐蚀性和钝化能力，一般而言，钛在氧化性、中性或者弱还原性介质中具有较好的抗腐蚀性能，这些介质不会破坏其氧化膜。能破坏钛的钝化膜的介质可以使钛腐蚀[5]。
1.4 医用钛及钛合金材料的发展及不足
钛具有很好的性质，纯钛的强度低，耐磨性能也比较差，不能充分的满足当代医学的需求，而医用钛合金的强度高，耐磨性好。因而推动了钛及钛合金的应用和发展。目前已经有20几种钛合金已经达到医学应用的要求[6]。其中Ti6A14V合金最为普遍，应用也最广泛。
钛及钛合金具有生物相容性好、弹性模量低、强度高、抗疲劳强度也比其他金属材料好。并且钛及钛合金的耐腐蚀性能好，植入体内后，组织反应小，没有发现不适的反应。所以近几年再医学上得到更广泛的应用。
为了解决钛合金在医用应用中的问题，可以从两个方面入手，一方面可以对材料本身结构及性质进行改进，开发研究各种更为优异的新型医用钛合金材料，但缺点就是钛合金的成本有点高；另一方面可以提高钛合金的表面性能，进行表面改性，既可以保留钛合金良好的力学性能，又能提高其生物相容性[7]。数年来，特别是医用钛合金的表面活化改性已成为当今的热点话题。
2.3 实验试剂和实验仪器
Ti Ti-dopa
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