生物材料表面與界面對血液相容性的影響

1、生物材料表面與界面與血液相容性關(guān)系的研究報告人:龍輝武學(xué)號:13091075指導(dǎo)老師:陳俊英生物材料與血液接觸的相互作用生物材料表面與界面特征性質(zhì)表面界面特征性能與血液相容性的關(guān)系類金剛石表面界面與血液相互作用關(guān)系距離介紹contents一、生物材料與血液接觸的相互作用 生物材料與血液接觸導(dǎo)致凝血 ( 血栓形成) 的過程分為凝血因子激活、血小板粘附與凝聚、紅細胞粘附和補體系統(tǒng)激活等四個途徑。二、生物材料的表面特征參數(shù) 生物材料表面主要包括四個方面的性能: 表面物理形態(tài)、表面化學(xué)形態(tài)、表面電性能和表面能量。三、材料表面特征參數(shù)對抗凝血性能的影響1.表面物理形態(tài)粗糙度過高，使血液流動產(chǎn)生停滯或渦流

2、，引起凝血光潔玻璃表面凝血也很嚴重粗糙度對血液相容性的影響表面粗糙度的影響具有不確定性, 也可能是因為表面粗糙度不是影響血液相容性的重要因素表面宏觀光滑, 材料具有優(yōu)良的血液相容性2.表面化學(xué)性質(zhì) 生物材料表面化學(xué)組成和化學(xué)成分可以表現(xiàn)在材料的親疏水性上。一般來講, 親水性表面要比疏水性表面吸附蛋白量少, 容易引起白蛋白變性, 也容易解吸。但是也不是說, 親水性越強, 抗凝血性能越好。親水性表面容易引起吸附蛋白的解吸, 而疏水性表面吸附牢固, 疏水性表面使吸附蛋白構(gòu)象發(fā)生變化較親水性表面大。一些研究表明, 抗凝血性能需要材料中親水性區(qū)域和疏水性區(qū)域有一個適宜的平衡。例:人們通過觀察親疏人們通過

3、觀察親疏表面黏附蛋白的分表面黏附蛋白的分布情況發(fā)現(xiàn)：布情況發(fā)現(xiàn)：親水表面吸附白蛋白疏水表面吸附-球蛋白和纖維蛋白原吸附初始白蛋白對血小板吸附有阻滯作用，但白蛋白隨時間失活就會失去對凝血的抑制作用疏水性表面上吸附上球蛋白分子上的 Fab 部分, 分子上的Fc部分則指向外側(cè), 由于血小板表面含有 Fc 受體, 于是表面就容易吸附血小板3.表面電學(xué)特性表面電荷對抗凝的影響電性微相分離電荷密度l紅細胞、白細胞和血紅細胞、白細胞和血小板表面帶負電荷小板表面帶負電荷；l所以一般認為表面帶所以一般認為表面帶負電荷的材料具有較好負電荷的材料具有較好的血液相容性的血液相容性；l但但負電荷同時也是激負電荷同時也是

4、激活凝血因子活凝血因子XIIXII而導(dǎo)致而導(dǎo)致內(nèi)源性凝血的原因內(nèi)源性凝血的原因（玻玻璃、陶瓷璃、陶瓷）。）。l宏觀呈現(xiàn)負電而微觀宏觀呈現(xiàn)負電而微觀區(qū)域帶正電的微相分離區(qū)域帶正電的微相分離結(jié)構(gòu)才能具有良好的抗結(jié)構(gòu)才能具有良好的抗凝血性能凝血性能；l為了抑制血小板的粘為了抑制血小板的粘附附, ,材料總體呈負電荷材料總體呈負電荷；l局部微觀上為防止凝局部微觀上為防止凝血因子活化血因子活化, , 在在100100埃埃范圍內(nèi)帶正電荷范圍內(nèi)帶正電荷。l材料表面的電荷密度材料表面的電荷密度過高過高, , 能損傷血小板能損傷血小板的功能的功能；l因此因此, , 適度的電荷密適度的電荷密度也是影響生物材料度也是

5、影響生物材料的血液相容性的重要的血液相容性的重要因素。因素。例: 纖維蛋白原是一種類似于本征半導(dǎo)體的材料, 要抑制它的電荷轉(zhuǎn)移，和它接觸的生物材料必須具有較小的功函數(shù), 從生物材料的能帶圖來看, 如果生物材料的禁帶較寬, 包含纖維蛋白原的價帶和導(dǎo)帶, 則纖維蛋白原很難向材料轉(zhuǎn)移電子而發(fā)生構(gòu)象改變; 如果使生物材料通過摻雜等方法成為 N 型半導(dǎo)體, 導(dǎo)帶存在電子而空穴很少,纖維蛋白原價帶電子向材料轉(zhuǎn)移受到阻礙, 從而使材料顯現(xiàn)出良好的血液相容性。導(dǎo)帶價帶導(dǎo)帶價帶禁帶EvEvEcEcEpEF4.表面能量狀態(tài)當(dāng)異物表面與血液接觸時, 由于兩者表面張力不同, 必然導(dǎo)致界面的產(chǎn)生。同時, 產(chǎn)生某種驅(qū)動力

6、使血液中活性組分向界面運動以減少界面張力。表面能大吸附的蛋白多,吸附層穩(wěn)定, 但引起蛋白質(zhì)構(gòu)象變化也大, 這一對相互矛盾的體系。四、類金剛石膜與血液的相互作用類金剛石(DLC)：一種碳元素以sp3和 sp2鍵的形式結(jié)合生成的亞穩(wěn)態(tài)材料，兼具了金剛石和石墨的優(yōu)良特性；l高硬度、高電阻率、良好光學(xué)性能、優(yōu)秀的摩擦學(xué)特性、化學(xué)惰性、生物相容性、耐摩擦性；l非晶薄膜，可分為無氫和氫化兩類；l廣泛用于心臟瓣膜、人工關(guān)節(jié)、人工骨等方面。1.類金剛石2.DLC影響血液相容性的因素 研究發(fā)現(xiàn)：類金剛石薄膜的性質(zhì)大部分取決于碳元素SP2和SP3結(jié)構(gòu)的相對比率；膜的硬度和密度又與其含氫量有關(guān)。因此：表面粗糙度SP2/SP3含氫量表面張力sd/sp影響DLC薄膜血液相容性的表面界面因素SP3/SP2含氫量表面張力sd/sp表面粗糙度粗糙度0.1-0.2m范圍內(nèi)，體外動態(tài)凝血時間較長，遠離這個范圍凝血時間變短；但血小板消粘附與聚集隨粗糙度正相關(guān)。碳素材料sd/sp界面張力sd/sp粗糙度SP3/SP2表面粗糙度是影響DLC膜動血小板粘附的首要因素；DLC表面界面因素與血小板粘附的關(guān)聯(lián)程度為：粗糙度sd/sp界面張力SP3/SP2含氫量界面