Ti-O薄膜表面抗凝生物分子固定及其抗凝血性能评价

论文摘要

提高与血液接触生物材料的血液相容性是一项重要的课题,通过在材料表面固定抗凝生物分子即表面生物化改性有望改善表面的抗凝血性能。本文选择具有较好生物相容性的Ti-O薄膜作为改性基础,采用三种不同的改性方法在其表面固定生物分子。首先研究了Ti-O薄膜结构对磷酸化学吸附的影响,并通过常用的硅烷化方法在磷酸化的Ti-O薄膜表面固定生物分子;其次,从获得稳定的生物化改性表面出发,研究了通过膦酸单分子自组装层和光化学方法在Ti-O薄膜表面分别固定肝素获得抗凝活性表面,固定白蛋白获得惰性表面,固定明胶获得仿生化表面;最后尝试了通过生物素-亲和素识别的方式在Ti-O薄膜表面构建肝素单层或多层膜。综合采用傅立叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、水接触角分析、荧光标记、表面轮廓分析、染色分析等方法对改性前后薄膜的成分和性质进行了定性和定量表征。通过体外的血小板粘附实验、APTT实验、材料表面纤维蛋白原变性检测、细胞培养实验和动物体内植入实验来研究改性前后材料表面的血液相容性以及内皮细胞相容性。主要结果如下:1.Ti-O薄膜的结构对磷酸化学吸附有较大的影响。相对金红石晶型薄膜,磷酸更容易在锐钛矿晶型薄膜表面化学吸附,磷酸在金红石晶型薄膜表面主要形成双齿配位结合,在锐钛矿晶型薄膜表面主要形成单齿配位结合。通过磷酸化学吸附和硅烷化方法在薄膜表面固定的生物分子层不稳定,主要的原因是中间连接层的硅烷化表面不断水解的原因。2.3-氨丙基膦酸能在Ti-O薄膜表面形成稳定的单分子自组装层。进一步通过光化学方法在膦酸自组装表面固定生物分子,获得的生物化层在PBS中浸泡时前1～3天有部分生物分子的释放,随后稳定。固定肝素的有效密度为1.2μg/cm2,固定明胶的有效密度为2.3μg/cm2。研究结果显示,固定肝素获得的抗凝活性表面和固定白蛋白获得的惰性表面能明显地抑制纤维蛋白原在材料表面变性,以及抑制血小板的粘附和聚集的功能。通过掩蔽曝光方式制备了图形化固定生物分子的表面。血小板在图形化固定肝素或白蛋白的表面具有图形化的分布,其粘附和活化主要集中在没有固定生物分子的微区,证实了通过该方法固定的肝素或白蛋白能有效抑制血小板的粘附。动物体内初步实验结果显示所获得肝素和白蛋白的改性表面具有优良的抗凝血性能。固定明胶获得的仿生化表面虽然具有优良的内皮细胞相容性,但由于增加了纤维蛋白原的变性程度和促进了血小板在表面的粘附,因此血液相容性较差。3.通过生物素-亲和素扩展体系能在Ti-O薄膜表面构建肝素单层或多层膜。生物素修饰肝素的比活力随着生物素修饰率的增加而降低,B-hepⅠ的比活力为原肝素活力的72%,B-hepⅡ比活力为原肝素活力的60%。肝素多层膜具有抑制血小板粘附和聚集的性能,随着肝素多层膜的增加,APTT时间先增加后趋于稳定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 心血管材料表面改性
• 1.1.1 表面覆膜改性
• 1.1.2 表面固定生物分子
• 1.2 材料表面生物分子的固定方法
• 1.2.1 静电组装
• 1.2.2 生物识别组装
• 1.2.3 共价固定
• 1.3 无机材料表面引入有机过渡层的方法
• 1.3.1 硅烷化
• 1.3.2 单分子层自组装
• 1.3.3 等离子体聚合
• 1.4 生物化表面的表征
• 1.5 课题的提出和研究内容及技术路线
• 1.5.1 课题的提出
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 技术路线
• 本章参考文献
• 第2章 磷酸化学吸附与硅烷化方法在Ti-O薄膜表面构建抗凝生物分子层
• 2.1 薄膜制备和表面改性
• 2.1.1 磁控溅射合成Ti-O薄膜
• 2.1.2 Ti-O薄膜表面磷酸化
• 2.1.3 Ti-O薄膜表面硅烷化
• 2.1.4 抗凝分子在Ti-O薄膜表面的固定
• 2.1.5 表面表征
• 2.1.6 血液相容性评价
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 磷酸化Ti-O薄膜表面表征
• 2.2.2 硅烷化Ti-O薄膜表面表征
• 2.2.3 Ti-O薄膜表面抗凝分子层的表征和抗凝血性能评价
• 2.3 讨论
• 2.4 本章小结
• 本章参考文献
• 第3章 膦酸自组装与光化学方法在Ti-O薄膜表面构建抗凝分子层
• 3.1 实验方法
• 3.1.1 3-氨丙基膦酸在Ti-O薄膜表面的自组装
• 3.1.2 生物分子的4-叠氮基苯胺修饰
• 3.1.3 光化学方法在Ti-O薄膜表面固定抗凝生物分子
• 3.1.4 表面表征
• 3.1.5 血液相容性和细胞相容性评价
• 3.1.6 动物体内初步实验
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 3-氨丙基膦酸在Ti-O薄膜表面的自组装
• 3.2.2 生物分子的4—叠氮基苯氨修饰
• 3.2.3 光化学方法在Ti-O薄膜表面固定肝素的表征和抗凝血性能评价
• 3.2.4 硅烷化方法与光化学方法在Ti-O薄膜表面固定肝素的比较
• 3.2.5 光化学方法在Ti-O薄膜表面固定白蛋白的表征和抗凝血性能评价
• 3.2.6 光化学方法在Ti-O薄膜表面固定明胶的表征和抗凝血性能评价
• 3.2.7 动物体内初步实验结果
• 3.3 讨论
• 3.4 本章小结
• 本章参考文献
• 第4章 通过亲和素—生物素生物识别作用在Ti-O薄膜表面构建抗凝肝素分子层
• 4.1 亲和素-生物素体系组装肝素单层膜或多层膜的原理
• 4.2 肝素的生物素修饰
• 4.2.1 实验过程
• 4.2.2 结果与分析
• 4.3 光化学方法在Ti-O薄膜表面固定生物素以及组装亲和素
• 4.3.1 实验过程
• 4.3.2 结果与分析
• 4.4 在Ti-O薄膜表面构建单层或多层肝素膜
• 4.4.1 实验过程
• 4.4.2 结果与分析
• 4.5 讨论
• 4.6 本章小结
• 本章参考文献
• 结论
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文