抗凝血Ti-O薄膜的电化学行为研究

论文摘要

作为一种具有良好生物相容性的无机材料,Ti-O薄膜已广泛应用于心血管植入器械的抗凝血表面改性,如人工心脏瓣膜和人工血管支架。然而其抗凝机理到目前为止仍不清楚,这极大的阻碍了Ti-O薄膜制备工艺的优化及其抗凝效果的进一步提高。为研究Ti-O薄膜材料的抗凝血机理,本论文采用非平衡磁控溅射技术在工业纯钛表面制备不同成分和结构的Ti-O薄膜,利用X射线衍射（XRD）和（XPS）表征薄膜的结构和成分,采用四探针法和光吸收法测试的电阻率和禁带宽度,通过血小板黏附实验、LDH实验、纤维蛋白原变性实验评价薄膜的血液相容性,使用电化学阻抗（EIS）、肖特基（Mott-schottky）测量薄膜与血浆蛋白之间的界面电化学行为,总结其中的规律性关系,获得的主要结论如下：X射线光电子能谱结果表明,三种薄膜都为非化学剂量比的二氧化钛,随着氧分压的降低,晶格原子的O／Ti比也逐渐降低,分别为1.83、1.80、1.78。X射线衍射结构测试表明,合成薄膜由高氧分压下的单纯金红石和锐钛矿型TiO2逐渐转变为低氧分压下的金红石和锐钛矿型TiO2、Ti2O3和TiO结构的混合相。体外血液相容性评价结果显示,晶格O／Ti比为1.80,金红石TiO2、锐钛矿TiO2、Ti2O3相混合晶型结构的Ti-O薄膜具有优异抗凝血性能。界面电化学测试结果表明,具有优异抗凝血行为的Ti-O薄膜为氧缺位的n型“掺杂”半导体特征,伴有较高的载流子浓度（5.6～7.4×1020cm-3）及较负的平能带电位。基于半导体表面电化学理论,解释了Ti-O薄膜具有优异抗凝血性能的原因：Ti-O半导体薄膜表面导带底Esc能级位置较高,纤维蛋白原的电子向材料转移困难,从而有效地降低了作为第一凝血因子的纤维蛋白原的激活及凝血反应的风险。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无机材料抗凝血表面改性研究现状
• 1.3 无机材料表面的凝血行为及机制
• 1.3.1 表面物理形态
• 1.3.2 表面化学性质
• 1.3.3 表面负电性
• 1.3.4 表面能量
• 1.3.5 白蛋白表面
• 1.3.6 肝素表面
• 1.4 无机材料抗凝血电化学机制假说与研究现状
• 1.5 氧化钛的晶体结构及能带结构
• 1.5.1 氧化钛的晶体结构
• 1.5.2 氧化钛的能带结构
• 1.6 本论文研究意义及内容
• 1.7 本论文的技术路线
• 第2章 试验方法
• 2.1 Ti-O薄膜的制备
• 2.1.1 非平衡磁控溅射技术
• 2.1.2 非平衡磁控溅射制备Ti-O薄膜工艺
• 2.2 合成薄膜的表征
• 2.2.1 薄膜成分与化学成键分析（XPS）
• 2.2.2 薄膜相结构表征（XRD）
• 2.2.3 表面与形貌观察（SEM）
• 2.2.4 固体薄膜电学性能表征
• 2.3 Ti-O薄膜的血液相容性评价
• 2.3.1 血小板粘附
• 2.3.2 乳酸脱氢酶（LDH）释放试验
• 2.3.3 纤维蛋白原变性试验
• 2.4 电化学试验
• 2.4.1 电化学阻抗（EIS）
• 2.4.2 肖特基（Mott-schottky）图谱
• 第3章 Ti-O薄膜表征及抗凝血性能评价
• 3.1 材料成分与结构表征试验结果
• 3.1.1 XPS结果
• 3.1.2 XRD结果
• 3.2 合成Ti-O薄膜材料电学性质测试结果
• 3.2.1 薄膜厚度（台阶仪测试）结果
• 3.2.2 四探针测试表面电阻率结果
• 3.2.3 薄膜禁带宽度测试
• 3.3 Ti-O薄膜的血液相容性评价
• 3.3.1 血小板粘附实验原理及结果
• 3.3.2 LDH试验结果
• 3.3.3 纤维蛋白原变性试验结果
• 本章小结
• 第4章 Ti-O薄膜的界面电化学实验
• 4.1 电化学阻抗图谱（EIS）与肖特基图谱（Mott-schottky plot）结果
• 4.1.1 T-O薄膜的EIS结果
• 4.1.2 T-O薄膜的Mott-schottky结果
• 本章小结
• 第5章 Ti-O薄膜抗凝血电化学机制讨论
• 5.1 材料的凝血过程及纤维蛋白原的电化学活性
• 5.2 Ti-O薄膜的表面电学性质及其表面能带结构
• 5.3 Ti-O薄膜抗凝血电化学机理讨论
• 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果