组织工程材料表面改性0
- 格式:doc
- 大小:85.00 KB
- 文档页数:10
聚二甲基硅氧烷醇的作用1. 简介聚二甲基硅氧烷醇,也称为聚硅氧烷醇,是一种具有特殊结构和性质的有机硅聚合物。
它由二甲基硅氧烷单体通过聚合反应合成而成,具有线性或交联的结构。
聚二甲基硅氧烷醇在许多领域都有广泛的应用,其作用主要体现在以下几个方面。
2. 抗氧化性能聚二甲基硅氧烷醇具有良好的抗氧化性能,能有效抑制氧气对材料的侵蚀。
其分子结构中的硅氧键使其具有较高的化学稳定性,能够与氧气发生反应,形成稳定的氧化硅层,从而防止氧化反应的进行。
因此,聚二甲基硅氧烷醇常被用作防腐剂、抗氧化剂等添加剂,用于保护金属、塑料等材料的表面免受氧化的损害。
3. 表面改性由于聚二甲基硅氧烷醇具有较低的表面张力和高的界面活性,它可以被用作表面活性剂,用于改善材料的润湿性和降低表面能。
聚二甲基硅氧烷醇能够在材料表面形成一层连续而均匀的薄膜,使材料表面变得更加光滑,具有较好的防水性和耐油性。
因此,聚二甲基硅氧烷醇广泛应用于涂料、油墨、塑料等领域,用于增强材料的表面性能。
3.1 提高涂层的耐候性聚二甲基硅氧烷醇作为涂料中的添加剂,能够提高涂层的耐候性。
它能够形成一层保护膜,防止紫外线、酸雨等外界环境因素对涂层的侵蚀,延长涂层的使用寿命。
此外,聚二甲基硅氧烷醇还能够提高涂层的耐磨性和耐化学性,使其能够在恶劣环境下保持较好的性能。
3.2 改善塑料的表面性能聚二甲基硅氧烷醇可以与塑料表面发生反应,形成一层致密的硅氧化物层,从而改善塑料的表面性能。
这层硅氧化物层能够提高塑料的耐磨性、耐高温性和耐化学性,同时也能够降低塑料表面的粘性和摩擦系数,使其更易于加工和使用。
4. 生物医学应用聚二甲基硅氧烷醇在生物医学领域也有重要的应用。
由于其良好的生物相容性和生物降解性,聚二甲基硅氧烷醇可以用于制备生物医用材料,如人工器官、组织工程支架等。
它能够提供良好的细胞附着和生长环境,并且在体内可以逐渐降解为无毒的二甲基硅氧烷和水,不会对人体造成不良影响。
亲水和疏水纳米二氧化硅纳米二氧化硅是一种重要的无机纳米材料,具有许多优越的物理和化学性能,如高比表面积、良好的热稳定性和化学稳定性等,因此在许多领域中得到了广泛的应用。
根据表面性质的不同,纳米二氧化硅可以分成亲水性和疏水性两类。
本文将详细介绍这两种纳米二氧化硅的特点和应用。
亲水纳米二氧化硅表面含有大量的羟基,具有较好的亲水性,可以在水中分散形成稳定的分散液。
亲水纳米二氧化硅在许多领域中都有广泛的应用,例如陶瓷、玻璃、涂料、胶粘剂等。
在生物医学领域,亲水纳米二氧化硅可以作为药物载体,通过口服或注射方式将药物传递到体内,实现药物的定向输送和控释。
此外,亲水纳米二氧化硅还可以用于制备生物支架、组织工程和再生医学等领域。
疏水纳米二氧化硅表面含有少量的羟基,表现出疏水性,不能在水中分散。
由于其特殊的表面性质,疏水纳米二氧化硅在某些领域中具有独特的优势。
例如,在石油工业中,疏水纳米二氧化硅可以作为油水分离剂,用于分离油水混合物。
此外,疏水纳米二氧化硅还可以用于制备防水材料、防污涂料、自清洁表面等。
除了以上应用领域外,亲水性和疏水性纳米二氧化硅还可以用于制备功能材料和器件。
例如,通过表面改性技术,可以将亲水性纳米二氧化硅转变为疏水性纳米二氧化硅,反之亦然。
这种表面性质的转变可以用于制备功能性薄膜、微纳结构材料、传感器等。
此外,利用纳米二氧化硅的磁性和荧光性质,还可以制备磁性荧光复合材料、荧光探针等材料和器件。
总之,亲水和疏水纳米二氧化硅具有不同的表面性质和特点,在许多领域中都有广泛的应用。
随着科学技术的不断发展和进步,相信这两种纳米材料将在更多领域中得到应用和发展。
同时,对于其制备、改性、性质和应用的深入研究也将有助于我们更好地利用这些材料,为社会的发展和进步做出更大的贡献。
高分子材料的表面性质与应用研究在当今的材料科学领域,高分子材料凭借其独特的性能和广泛的应用,已经成为了不可或缺的一部分。
高分子材料的表面性质,作为决定其性能和应用的关键因素之一,一直以来都是研究的热点。
高分子材料的表面性质主要包括表面能、表面粗糙度、表面化学组成以及表面的物理形态等方面。
这些性质相互作用,共同影响着高分子材料与外界环境的相互作用和性能表现。
首先,表面能是衡量高分子材料表面活性的重要指标。
表面能较低的高分子材料,如聚四氟乙烯(PTFE),往往具有良好的自润滑性和抗粘性,在不粘锅涂层、管道内衬等领域得到了广泛应用。
而表面能较高的高分子材料,则更容易与其他物质发生相互作用,例如,一些表面能较高的聚合物在胶粘剂和涂层领域表现出色。
表面粗糙度对高分子材料的性能也有着显著的影响。
粗糙的表面可以增加材料的表面积,从而提高其与外界的接触面积和相互作用。
在生物医学领域,具有一定粗糙度的高分子材料表面有助于细胞的附着和生长,有利于组织工程和医疗器械的研发。
例如,人工关节表面的适当粗糙度可以提高其与骨组织的结合强度,延长使用寿命。
表面化学组成则决定了高分子材料的化学稳定性、耐腐蚀性和表面反应活性。
通过对高分子材料表面进行化学修饰,可以引入特定的官能团,从而赋予材料新的性能。
例如,在塑料表面引入羟基或羧基等官能团,可以提高其亲水性和印染性能;对高分子材料进行氟化处理,可以增强其耐腐蚀性和抗污性能。
高分子材料表面的物理形态,如结晶度和取向度,同样会影响其性能。
具有较高结晶度的高分子材料表面通常具有更好的机械强度和耐磨性;而具有特定取向结构的高分子材料表面,则可能表现出各向异性的性能,如光学性能或电学性能。
在实际应用中,高分子材料的表面性质发挥着至关重要的作用。
在包装领域,要求高分子材料具有良好的阻隔性能,以防止气体、水分和溶质的渗透。
这就需要对材料的表面进行处理,降低其表面的渗透性。
通过在高分子材料表面涂覆一层阻隔性能优异的涂层,或者采用多层共挤出技术制备具有特殊结构的高分子复合材料,可以有效地提高包装材料的阻隔性能,延长食品和药品的保质期。
聚四氟乙烯的改性及应用聚四氟乙烯,又称特氟龙,是一种具有优异性能的工程材料。
其具有高耐腐蚀、高绝缘、低摩擦系数等特性,在许多领域都有广泛的应用。
然而,聚四氟乙烯也存在一些局限性,如加工难度大、耐热性差等,因此需要通过改性等方法进行优化。
本文将重点探讨聚四氟乙烯的改性方法、应用领域以及未来发展趋势。
改性聚四氟乙烯的方法主要包括:化学改性、填充改性、共混改性、表面改性等。
化学改性是通过改变聚四氟乙烯的分子结构来实现的,常见的方法包括:磺化、氧化、氢化等。
这些方法可以增加聚四氟乙烯的极性,提高其溶解性和粘结性能。
然而,化学改性往往会引起材料性能的损失,同时工艺难度较大。
填充改性是在聚四氟乙烯中加入一些无机或有机填料,以改善其性能。
常见的填料有:玻璃纤维、碳纤维、无机盐等。
这些填料可以显著提高聚四氟乙烯的耐热性、强度和耐磨性。
然而,填充改性会增大材料的密度,降低其绝缘性能。
共混改性是将聚四氟乙烯与其他塑料或橡胶共混,以获得综合性能。
常见的共混材料有:聚酰胺、聚碳酸酯、丁腈橡胶等。
这些共混材料可以改善聚四氟乙烯的加工性能、耐热性和韧性。
然而,共混改性可能会导致材料的不相容性和界面结合力的减弱。
表面改性是通过改变聚四氟乙烯的表面性质来实现的,常见的方法包括:等离子处理、射线处理、化学浸渍等。
这些方法可以增加聚四氟乙烯表面的粗糙度、极性和粘结性能。
表面改性对材料性能的影响较小,但会影响表面的光滑度和均匀性。
聚四氟乙烯被广泛应用于以下领域:管道和阀门:由于聚四氟乙烯具有出色的耐腐蚀和低摩擦系数,常用于制造管道和阀门。
特别是在强酸强碱等腐蚀性环境中,聚四氟乙烯管道和阀门可以显著提高设备的寿命和安全性。
防腐涂层:聚四氟乙烯涂层是一种常见的防腐材料,可用于各类金属和塑料表面。
它具有优异的耐腐蚀性和高绝缘性,可以长期有效保护基材不受腐蚀和电化学损伤。
高压电器:聚四氟乙烯在高压电器领域也有广泛应用,如高压绝缘子、高压电缆等。
生物医学工程材料的研究与应用第一章:生物医学工程材料的定义与分类生物医学工程材料指的是应用于生物医学领域的材料,包括了人工器官、医用材料、植入材料和医用电子元件等。
按照其材料特性和应用领域不同,生物医学工程材料可以分为生物材料、仿生材料、纳米材料和新型材料等。
第二章:生物医学工程材料的研究与发展生物医学工程材料的研究涉及到材料表面的改性、组织工程、生物反应性等多个方面。
其中,材料表面改性是提高生物医学工程材料种类和应用范围的重要手段之一。
例如,改变材料表面的形貌和化学性质可以有效地改善材料的组织相容性和生物降解性,提高其生物相容性和生物医学工程性能。
随着现代生物技术和新型制造技术的发展,生物医学工程材料的研究已经进入了一个全新的阶段。
目前,包括3D打印技术等在内的多项新技术已经广泛应用于生物医学工程材料的研究和制备中,为其发展提供了强有力的支持。
第三章:生物医学工程材料的应用生物医学工程材料的应用涉及到了研究、医学、军事等多个领域。
其中,应用最广泛的是人工器官、医用材料和植入材料等。
这些应用领域的发展和进步,极大地促进了生物医学工程材料的研究和开发。
人工器官是生物医学工程材料应用的重要领域。
不同的人工器官需要具备不同的生物功能,例如,心脏和肾脏需要具备不同程度的承压能力和流体动力学性能,人工关节则需要具备良好的运动能力和生物相容性。
因此,在设计和制备人工器官的过程中,需要针对器官的特殊需求来选择或研发合适的材料。
医用材料是另一项生物医学工程材料应用的重要领域。
医用材料包括了骨接合材料、口腔修复材料、皮肤修复材料等。
这些材料需要具备独特的生物降解性、生物相容性和机械强度等特点,能够有效地降低医疗风险并促进病人的康复。
植入材料应用范围更为广泛,包括了心脏起搏器、血管支架、人工髋关节等。
与医用材料相似,植入材料需要具备良好的生物相容性和生物降解性,能够尽量减少对人体的损害和反应。
第四章:未来展望随着社会的不断发展和科学技术的不断进步,生物医学工程材料的前景也变得更加广阔。
聚二甲基硅氧烷弹性体的表面改性及生物相容性边风根;曾莉;严兆华【摘要】用氧和氮等离子体处理聚二甲基硅氧烷(PDMS),然后通过冷冻干燥法和交联剂处理将胶原蛋白转接到PDMS 膜的表面;通过体外细胞培养法研究改性后的 PDMS 膜的生物相容性;采用接触角测量仪、X 射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)来表征空白、等离子体处理以及胶原蛋白转接后PDMS 膜表面特性。
接触角和XPS 的测定结果显示,-OH 和-NH2等功能基团及胶原蛋白已成功地转接到改性后 PDMS 膜的表面,并展现出良好的亲水性(分别从96.8°到49.3°,41.3°,50.5°,67.9°,64.5°)。
扫描电镜结果显示,胶原表现出多孔形态。
体外细胞培养的试验表明,改性后 PDMS 膜具有良好的生物相容性且可适用于生物医学领域的研究。
%Polydimethylsiloxane (PDMS)was treated by oxygen and nitrogen plasma,and collagen was graf-ted onto the surface of plasma treated PDMS films by freezing-drying method and cross-linking agent.The biocompatibility of modified PDMS films was studied by in vitro cell culture assay.The controlled,plasma treated and collagen-grafted PDMS films were characterized by means of attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR)spectroscopy,water contact angle measurements,X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)and scanning electron microscopy (SEM).The results of ATR-FTIR,contact angle measurement and XPS showed that some functional groups such as - OH and -NH 2 and collagen were successfully generated and grafted on the surface of modified-PDMS films,and they exhibited better hy-drophilcity (from 96.8°to49.3°,41.3°,50.5°,67.9°,64.5°,respectively).The results of SEM demonstra-ted that collagen exhibited a kind of porous morphology.In vitro cell culture assay showed that collagen-grafted PDMS films were biocompatible and suitable for biomedical application.【期刊名称】《南昌大学学报(理科版)》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】7页(P578-584)【关键词】聚二甲基硅氧烷(PDMS);表面改性;等离子体;胶原;生物相容性【作者】边风根;曾莉;严兆华【作者单位】江西省化学工业学校;江西省化学工业学校;南昌大学化学学院,江西南昌 330012【正文语种】中文【中图分类】O643随着医学领域的不断发展,生物材料变得越来越重要[1]。
天然海洋生物材料的提取、制备与改性技术海洋生物是地球上一种丰富而独特的生物资源,具有广泛的生物活性和生物材料应用潜力。
天然海洋生物材料的提取、制备与改性技术则是将这些资源转化为具有高附加值的产品的关键步骤。
本文将以天然海洋生物材料的提取、制备与改性技术为主题,从提取方法的选择、制备工艺的优化以及改性技术的应用三个方面进行探讨。
一、提取方法的选择天然海洋生物材料的提取过程是将生物体中的活性成分有效地分离出来的关键步骤。
根据原料的特性及目标成分的性质,可以选择不同的提取方法。
常见的提取方法包括传统浸提法、超临界流体提取法、微波辅助提取法等。
例如,传统浸提法是一种简单易行且成本低廉的提取方法,适用于采用溶剂提取的海洋生物物质;超临界流体提取法则可以提高成分的纯度和提取效率,适用于对温度敏感或易挥发物质的提取;微波辅助提取法则以其高效快速的特点,适用于对活性成分保留率要求较高的提取过程。
此外,还可以根据成分的特性选择对应的提取工艺。
例如,针对富含蛋白质的海洋生物,可选择酶解、膨化等特殊的提取工艺;针对富含多糖的海洋生物,可选择酸碱法、超滤法等特殊的提取工艺。
综合考虑目标成分、原料特性以及生产要求,选择合适的提取方法,不仅可以提高成分的纯度和产率,还可以降低生产成本和能耗。
二、制备工艺的优化制备工艺的优化是提升天然海洋生物材料的质量和产能的核心环节。
采取合理的制备工艺,可以有效提高产品的性能指标,并达到规模化生产的要求。
在制备工艺的优化中,需要关注的主要问题包括工艺参数的控制、生产设备的选择和能耗的降低。
首先,工艺参数的控制对于产品的性能和质量至关重要。
通过调整反应温度、反应时间、反应物质量比等工艺参数,可以实现目标产品的产率和纯度的最优化。
例如,在海洋生物材料的酶解过程中,控制酶解温度和酶解时间可以保持活性物质的稳定性,并提高酶解效率;在海洋生物材料的膨化过程中,控制膨化温度和膨化时间可以使物料达到理想的结构和形态。
高分子改性材料高分子改性材料是指将高分子材料通过物理或化学方法与其他物质进行相互作用,使其性能发生明显改变的材料。
高分子改性材料在工业生产和科学研究中有着广泛的应用。
下面就高分子改性材料的种类、制备方法和应用领域进行详细介绍。
高分子改性材料主要有以下几类:共混物、复合材料、共聚物和交联物。
共混物是指将两种或多种高分子材料混合后形成的新材料,它们之间没有化学反应,只是物理上混合在一起。
复合材料是指在高分子基体中加入其他材料(如纤维、颗粒等),以增强材料的某些性能。
共聚物是指两种或多种单体在聚合过程中同时存在而共聚成的高分子材料。
交联物是指在高分子材料中引入交联结构,以提高材料的力学性能和热稳定性。
高分子改性材料的制备方法多种多样,包括物理法、化学法和辅助法。
物理法主要包括共混、溶胶凝胶、胶体稳定法等;化学法主要包括共聚、交联和化学修饰等;辅助法包括扩散法、溶胶浸渍法等。
制备方法的选择取决于所需改性效果和原材料特性。
高分子改性材料具有广泛的应用领域。
在材料工程领域,高分子改性材料可以提高材料的强度、硬度、韧性和耐磨性,延长材料的使用寿命。
同时,高分子改性材料的改性效果还可以通过调控其结构和表面性质来调整材料的电学、光学和磁学性能,使其在电子器件、光学器件和传感器等领域得到应用。
在环境保护领域,高分子改性材料的改性效果可以使废弃物得到有效利用,减少环境污染。
在医学领域,高分子改性材料可以用于制备生物材料和医用材料,如人工关节、心脏支架等,在实现人工替代器官和组织工程方面发挥重要作用。
综上所述,高分子改性材料作为一种重要的材料类别,在工业生产和科学研究中具有广泛的应用前景。
随着科技的快速发展,对高分子改性材料的需求也将不断增加,相信这将进一步推动高分子改性材料的发展和应用。
胶原蛋白材料特征及改性胶原蛋白是一种重要的生物材料,具有良好的生物相容性、生物可降解性和生物活性等特征。
它在医学领域有着广泛的应用,包括组织工程、药物传递系统、皮肤愈合、骨修复等方面。
然而,由于其特性限制,如机械性能低、易溶于水、附着性差等,使得其应用范围受到一定的限制。
因此,对胶原蛋白进行改性以提高其性能就显得尤为重要。
1.生物相容性:胶原蛋白作为一种天然的生物材料,与人体组织具有良好的相容性。
它能够与细胞相互作用,促进细胞的黏附、迁移和增殖,有助于新生组织的形成。
2.生物活性:胶原蛋白具有生物活性,能够参与体内的生物反应。
它能够与其他细胞外基质分子和细胞受体相互作用,调控组织再生和修复过程。
3.生物降解性:胶原蛋白是一种可降解的材料,能够在体内逐渐降解并被代谢掉。
这使得它在组织工程应用中能够为组织重建提供支撑和框架,并最终被机体完全代谢。
4.机械性能:胶原蛋白材料的机械性能较差,容易被拉伸和撕裂。
这一特性限制了其在一些领域的应用,如骨修复和血管替代。
针对胶原蛋白的特性限制,可通过多种方式进行改性,以提高其性能:1.交联改性:通过交联反应可以增强胶原蛋白的机械性能和稳定性。
常用的交联剂包括戊二醛、二氧化硅和脱氧核糖核酸等。
交联处理后的胶原蛋白材料具有更好的力学性能和稳定性。
2.生物矿化改性:通过矿化处理可以在胶原蛋白材料中引入无机矿物质,如羟基磷灰石和氧化钙等,从而增强其硬度和骨组织再生能力。
3.复合材料改性:将胶原蛋白与其他材料进行复合可以改善其性能,如增强机械性能、控制降解速率和改善生物相容性。
常见的复合材料包括聚乳酸、明胶、壳聚糖等。
4.表面改性:通过改变胶原蛋白材料的表面特性,如改变表面电荷、引入活性基团等,可以调控其表面性能,如附着性、导向性和调控性等。
总之,胶原蛋白材料具有较好的生物相容性、生物活性和生物降解性等特征,但在机械性能上存在一定的限制。
通过交联改性、生物矿化改性、复合材料改性和表面改性等方式,可以改善胶原蛋白的性能,拓宽其在医学领域的应用范围。
1 聚合物表面改性及其在组织工程材料中的应用 摘 要: 本文从等离子体改性、接枝改性、聚合物表面基团的转变、生物活性分子的固定等方面论述了组织工程材料的表面改性方法及其在组织工程中的应用。
引言 组织工程材料(Tissue Engineering Materials)的表面物理化学性质对材料的组织相容性(Tissue-compatibility)有着重要影响。因而对材料的表面进行改性(Modify),在保持材料物理机械性能的前提下引入可促进细胞粘附和生长的基团或生物活性分子,可显著改善材料的细胞相容性(Cell-compatibility)[1-11]。目前,细胞相容性聚合物(Cell-compatibility Polymer)的表面改性(Surfaces Modify)方法主要有:等离子体改性、接枝改性、表面基团的转变及表面生物活性分子的固定等方法。
1、等离子体改性 低温等离子体是指在直流电弧放电、辉光放电、微波放电、电晕放电、射频放电等条件下所产生的部分电离气体。 聚合物材料由于具有良好的性能而广泛地应用于包装、航空、印刷、生医、微电子、汽车、纺织等行业.但日益增长的工业发展水平对聚合物材料的表面性能如粘附性、浸润性、阻燃性、电学性能等提出了更高的要求,利用等离子体对其进行表面改性已经引起研究人员的广泛兴趣。聚合物材料的浸润性与许多领域有关,如印刷、喷涂和染色等。但由于聚合物材料表面自由能低,故而导致浸润性能不好.用化学的方法来改善其特性不但会损坏聚合物基质,而且还会放出大量有毒性的水,同时还需消耗大量的能量,成本高;而用低温等离子体处理克服了这些缺点,即省水省电又不污染环境。 由于低温等离子体的独特特性,最近几年在生物医药领域中已经引起人们越来越多的注意和兴趣.如用等离子体杀菌;分离薄膜的等离子体改性,用于降低蛋白质的吸附解决薄膜的污染问题;在玻璃基片上用等离子体喷涂,或将粒子束辅助沉积与物理气相沉积中离子注入相结合;在钛金属上形成含羟基的磷灰石来研究骨移植;研究可用做生物材料的有机化合物、金属、聚合物等材料的生物相容性。 利用聚合物、金属材料制成的生物功能材料已广泛应用于人造器官、组织移植、血管手术等方面.由于血液对异体材料非常敏感,故材料的血液相容性在生物相容性中非常重要,这直接关系到临床使用的安全性和有效性.研究表明血液相容性与材料基片的表面特性如表面亲水性、表面的化学组成有关。经过二氧化硫等离子体处理后,纤维蛋白的吸附由原先的95%下降到54%,血小板的吸附也大大下降,材料的血液相容性得到提高。又如,有一些研究小组在材料中引入某些功能团如磷,可以提高生物环境与功能材料间的血液相容性。 最近,等离子体技术在生物医药领域中又有一个新的应用趋势,即等离子体化学微图形技术。用于移植、组织培养或其他用途的人造生物材料必须与所处的生物环境有生物相容性。提高聚合物材料生物相容性的早期方法是准备含与细胞 2
外介质(ECM)相似的氮和氧的功能团的基片。目前,在发展需粘附细胞的生物相容性表面时,集中在固定ECM蛋白质于基片表面上。对于那些不需要粘附细胞,如血细胞的材料表面改性所使用的技术是产生具有高度惰性的表面,如氟化的碳氢化合物,或具有生物活性的分子禁止细胞固着,或产生具有高度亲水性的基团等。如果对于整个微图形表面生物相容性或生物惰性都能得到保证,那么微图形细胞培养可以在生物工程中发挥极大的作用。 等离子体表面改性技术广泛应用于组织工程材料的表面改性。由于等离子体改性具有改性层被严格限制在材料表面(通常为几个纳米),对材料本体性能的影响很小,改性条件容易改变和控制等优点而受到人们的青睐。 低温等离子体中存在着电子、离子和游离基,它们所具有的能量比通常的化学反应所采用的能量要大,利用这些物理或化学作用可使高分子材料表面改性。此外,从等离子体发出的紫外线对高分子材料(Polymer Materials)的表面改性也起一定作用。目前较常用的是O2、N2、NH3等反应性气体、带有特定官能团的单体的等离子体。在这些等离子体的作用下,材料表面的化学结构或组成发生变化,生成对细胞的粘附和生长具有促进作用的基团。 将聚氨酯(PU)管内壁用空气成分的等离子体处理后,表面含氧基团的增加使材料的亲水性(Hydophilicity)提高,导致纤维粘连蛋白(Fibronectin,Fn)的强烈吸附(Adherence) [12]。使内皮细胞(endothelial cell layer)层与管壁的结合变得牢固。利用二甲基甲酰胺、氨基化合物及氨气等离子体处理氟化乙丙共聚物(FEP)表面,在表面引入氨基、酰胺基等含氮基团,发现所有处理过的表面都支持细胞的粘附和生长,并且其中以酰胺单体处理过的表面情况最好[13]。 Lee等[14,15]。用射频等离子体放电处理技术(Radio frequency plasma discharge treatment)将聚合物膜(片)持续暴露于等离子体中使表面发生氧化,改变处理时间,得到一系列不同的亲水性的表面。发现处理后的表面细胞的粘附和铺展得到提高。 等离子体改性也具有其自身无法克服的缺点,如等离子体可在表面溅射、刻蚀,使表面的形貌发生变化[16];表面的化学结构不专一且易发生结构重组,不能很好的揭示特定的基团对细胞相容性的影响[17]。此外,等离子体改性表面随时间具有退化效应[18]。
2、接枝改性 在聚合物表面接枝带有对细胞的粘附和生长具有促进作用的功能基团是组织工程材料表面改性的另一方法。大量的研究集中于在材料表面接技亲水性单体,由于功能基团具有一定的亲水性,因而材料表面的亲水性得到改善,提高了其细胞相容性。组织工程材料的表面接枝可通过两种方法实现,即通过偶联的方法将一种聚合物接枝到另一种聚合物表面;将带功能基团的单体通过聚合反应接枝到聚合物表面。
2.1.偶联接枝 偶联接枝是通过被接枝聚合物表面的反应性基团与接枝聚合物上的基团的反应而实现的。如Ikada等[19]将六甲基二异氰酸酯(HMDI)与乙烯-乙烯醇共聚物(EVA)反应在表面引入异氰酸根,通过异氰酸根与葡聚糖(Dextran)或胺基葡聚糖反应将其接枝到表面。 Sefton[20]等将PEO末端的羟基氧化成醛基,接枝到末端带胺基的PMMA上, 3
改善了PMMA的亲水性。结果表明,PMMA的细胞相容性得到提高。 2.2.接技聚合 实现含功能基团的单体在聚合物表面的接枝聚合需要表面具有起引发作用的活性种。因此,首先在材料表面引入起引发作用的活性种是实现表面接枝聚合的关键。目前,组织工程材料的表面接枝主要集中于探索表面活性种的引入方法。
2.2.1.化学引发 化学引发是通过试剂与聚合物的表面组分发生反应产生活性中心引发单体的聚合。如用过渡金属络合物和聚氨酯络合产生自由基引发单体的聚合[21];将含偶氮基团的化合物与聚合物表面的羟基反应引入聚合物表面,通过偶氮基团的热分解引发聚合[22]。在过氧化物的存在下(如二苯过氧物(benzyol peroxide)),引发单体的聚合[23]。
2.2.2.臭氧引发 聚合物在臭氧的作用下表面被氧化,通过自由基加成反应可将单体接枝到聚合物表面。这是近些年发展起来的改性新方法。 臭氧引发的方法可应用于许多聚合物,加聚酰胺、聚酯、氟化树脂(如FEP)、聚氨酯及天然纤维(如羊毛和蚕丝)。可接枝的单体有丙烯酸、甲基丙烯酸及乙烯基吡咯烷酮等烯类单体[24]。 臭氧引发的优点是表面过氧基团的含量易控,可通过臭氧的浓度和臭氧化时间来控制[25];臭氧氧化及过氧基团的分解不会导致聚合物链的降解[24]。
2.2.3.γ-射线辐射 离子辐射,如γ-射线辐射可以在聚合物表面或本体层产生大量的自由基和离子化的活性种用以引发单体的聚合。γ-射线辐射接技可通过三种途径实现[25-27]:通过辐射产生的自由基引发单体的聚合,辐射和接枝同时进行;先对材料表面进行辐射处理使表面产生过氧基团,后通过过氧基团引发单体接枝;对材料表面进行辐射处理,利用表面残留的自由基引发单体聚合。 γ-射线辐射和接枝同时进行是制备水凝胶状材料常用的方法。Jansen等[28]采用“预溶胀技术”对PU表面进行了改性。先将PU管于单体(如HEMA)中浸泡,使单体渗透到材料的表面,γ-射线辐射下实现了接枝聚合。结果表明,材料的吸水率随接枝率的提高而增加。接枝层的厚度与浸泡时间有关,浸泡时间短,接技发生在表面;浸泡时间长,单体扩散到PU本体中,接枝层的厚度增加。 γ-射线辐射在材料表面产生过氧基团,通过过氧基团的分解引发单体接技及对材料表面进行辐射处理,利用表面残留的自由基引发单体聚合时因表面活性 4
种的数量较低,可降低表面接枝聚合物的含量及接枝物的厚度[29]。接枝体系中需要加入起还原作用的盐如Fe2+以降低均聚物的量提高接枝率。 虽然γ-射线辐射接枝的方法具有接枝速度快、易操作的优点,但由于其对材料的穿透能力强,穿透深度大,因而导致接枝不仅仅发生在表面,势必影响材料的本体性能。
2.2.4.等离子体引发 利用等离子体处理后材料表面产生的过氧基团引发单体的聚合可实现单体的接枝。
2.2.4.1.辉光放电(glow discharge) 将等离子体处理后的材料取出暴露于空气中,通过表面自由基与空气中氧的反应在表面形成过氧基团,过氧基团分解后,可引发单体的聚合。研究发现,氩气、氧气和氢气等离子体处理的表面暴露于空气中后表面可生成过氧基团,而氮气等离子体处理的表面则不能生成过氧基团。由于生成的过氧基团集中于材料的表面,因此接枝层仅局限于材料表面,且与接枝条件无关[30]。
2.2.4.2.电晕放电(corona discharge) 电晕放电技术是一种新兴的等离子体处理技术。因其放电是在大气压下进行的,不同于常用的等离子体处理在真空下放电,因此具有简单易行的优点。处理后的表面含有过氧基团,因而可引发单体的聚合。Lee等[31]用电晕放电技术处理PE表面,将带羟基、羧基、酰胺基和氨基的单体接枝到表面。发现这些基团的存在改善了表面的亲水性,细胞的粘附率增加。
2.2.5.光辐射引发 光辐射引发自由基接枝聚合通常使用紫外光作为辐射源。利用紫外光辐射接枝具有操作简单、成本低、处理的表面洁净等优点[32]。紫外光辐射接枝可分为光敏接枝(光敏剂存在下的接枝)和无光敏接枝(无光敏剂存在下的接枝)。对于生物材料的表面改性通常用无光敏接枝法。 无光敏接枝是先通过紫外光辐照使材料表面氧化引入过氧基团,后用非均相溶液接枝方法将单体接枝到材料表面。空气中用紫外光氧化PP、PE、PEVA后发现,表面引入了过氧基团,其含量随辐照时间的增加而增加。表面接枝丙烯酰胺的量主要与表面的过氧基团的含量相关[32]。冯新德等[33]将聚氨酯置于过氧化氢水溶液中,紫外光辐照下实现了聚氨酯的氧化,丙烯酰胺接技后发现,表面的亲水性得到较大提高。