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本文选择了为研究者广泛关注的TiO2薄膜,并在其表面进行功能生物大分子固定。在新型近β钛合金TLM(Ti-3Zr-2Sn-3Mo-15Nb)表面分别用三种微弧氧化法和两步优化溶胶-凝胶法制备一层TiO2薄膜,同时选取目前临床中常用的316LSS和TiNi合金作为对照;再将薄膜依次用过硫酸钾溶液和丙烯酰胺、硝酸、亚硝酸铈等的混合溶液处理以在薄膜表面引入OH-、NH2-活性亲水性基团,最后在脱水剂EDC的作用下将抗凝血药物肝素和白蛋白共价键接在薄膜表面。综合采用扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱(EDS)、X光电子能谱(XPS)及其价带谱(VXPS)、X射线衍射(XRD)和接触角测试仪、紫外分光仪和三电极腐蚀系统对薄膜的成分、结构和生物性能进行了表征。采用动物体外评价方法对薄膜进行血液相容性的综合评价。获得了以下主要创新性结论:
1.采用两步优化溶胶-凝胶法和三种微弧氧化法在TLM合金上均可制备出表面质量较好的TiO2薄膜。溶胶-凝胶法制备的TiO2薄膜表面光滑平整致密,平均粗糙度为0.17μm。通过调整热处理温度可得到不同相组成的溶胶-凝胶膜,在1000℃处理后薄膜基本由血液相容性较好的金红石组成。因含有残余羟基,溶胶-凝胶膜具有一定的生物活性,薄膜表面的亲水性也较好,对蒸馏水的平均接触角为26.6°;采用微弧氧化法制备的TiO2薄膜含有少量杂质元素,相组成较为复杂,主要由金红石和锐钛矿相组成,结晶度较高,是一种多孔膜,平均孔径尺寸在6.0μm左右。电化学测试结果表明,两种方法制备的TiO2膜都具有较好的抗腐蚀性能。亲水性等体外血液相容性测试结果显示,表面镀膜处理后基体材料的血液相容性和抗凝血性能都有所改善。但是比较而言溶胶-凝胶法更为经济,薄膜相组成可调,且含有部分活性OH-,更重要的是微弧氧化膜表面粗糙度过大,所以综合而言溶胶-凝胶膜作为抗凝表面更有优势。
2.将薄膜依次用过硫酸钾溶液和丙烯酰胺、硝酸、亚硝酸铈等混合溶液官能化处理可在薄膜表面引入活性OH-、NH2-基团,通过控制羟基化和胺基化的工艺参数可以有效活化TiO2薄膜,其中羟基的相对含量能达到0.36,胺基的相对含量能达到0.6915。表面活化后TLM合金的表面亲水性得到了较大的提高,并产生了活性反应位点以键接生物大分子。
3.通过薄膜表面的活性官能团和脱水剂EDC将肝素和白蛋白共价固定在薄膜表面后,TiO2薄膜的溶血率远低于国家标准,抗凝血时间有较大的延长,血小板在薄膜表面没有明显的激活迹象,薄膜的抗凝血性能得到明显的改善。