抗凝血納米功能薄膜材料的研制及抗凝血機(jī)理研究.pdf

1、本論文采用脈沖激光沉積技術(shù)和射頻磁控濺射兩種方法制備了具有不同結(jié)構(gòu)(sp3/sp2)和性能的四面體非晶碳膜，以及稀土La不同摻雜量的非晶碳薄膜和稀土La不同摻雜量的TiO2薄膜；通過微觀結(jié)構(gòu)、表面形貌、光學(xué)性能、電學(xué)性能、表面潤濕性和動物體外血液相容性實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)研究薄膜的抗凝血性能。研究了脈沖重復(fù)頻率和單脈沖能量對薄膜微結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)的影響，實(shí)現(xiàn)了sp3C成分可調(diào)的非晶碳薄膜制備。提出了血液相容性材料的稀土元素?fù)诫s方法，以改善其抗凝血性

2、質(zhì)，研制出抗凝血性能優(yōu)異的稀土La摻雜的非晶碳膜，并通過改變稀土元素?fù)诫s量和襯底沉積溫度分別討論了稀土元素及sp2C各自對非晶碳薄膜的表面特性及抗凝血性能的影響。研制出血容性能良好的稀土La摻雜的TiO2薄膜，研究了La摻雜對TiO2薄膜微結(jié)構(gòu)、表面特性及抗凝血性能的影響。采用分子動力學(xué)方法模擬計(jì)算纖維蛋白原分子在薄膜表面的選擇吸附、體系能量和結(jié)合能的計(jì)算，提出并驗(yàn)證了蛋白質(zhì)選擇性吸附模型，較好地解釋了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并運(yùn)用生物化學(xué)檢測方法結(jié)

3、合表面及界面分析手段進(jìn)一步揭示生物材料的抗凝血機(jī)制。 首先，采用脈沖激光沉積方法，通過改變單脈沖能量和脈沖重復(fù)頻率制備出不同結(jié)構(gòu)(sp3/sp2)及性能的四面體非晶碳膜，研究了工藝參數(shù)對其微結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能、表面形貌及潤濕性的影響，考察了其表面能參數(shù)和血液相容性。研究發(fā)現(xiàn)與薄膜的表面特性相比，材料的電子結(jié)構(gòu)對其血液相容性起到?jīng)Q定性的影響。 其次，采用射頻磁控濺射法制備了La2O3不同摻雜量的非晶碳薄膜，研究摻雜對非晶碳薄膜

4、的微結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能、電學(xué)性能、表面形貌和潤濕性及抗凝血性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)：La2O3摻雜使膜中sp2鍵的含量增加，隨La2O3摻雜量由2.52％增加到5.99％，薄膜的石墨化逐漸增強(qiáng)，導(dǎo)致薄膜的帶隙由2.1eV下降到約1eV；室溫電導(dǎo)激活能由0.55eV下降到O．128eV；La203對薄膜晶粒的生長有細(xì)化作用，隨La2O3摻雜量的增加非晶碳膜表面的親水性逐漸降低，樣品表面能的變化主要受極性成分的影響，摻雜樣品的表面對白蛋白分子具有更

5、強(qiáng)的選擇吸附性表現(xiàn)出良好的抗凝血性能。再次，固定La3+在薄膜的含量，通過改變沉積時(shí)襯底的溫度來調(diào)節(jié)sp2/sp3的相對比率，進(jìn)一步研究稀土摻雜非晶碳薄膜材料的抗凝血性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：襯底溫度增加，膜中sp2組分也相對增多：受sp2組分影響，薄膜表面的親水性逐漸增強(qiáng)，表面能變化較小但界面自由能逐漸減?。槐∧w維蛋白原分子的選擇性能力增強(qiáng)，抗凝血性能逐漸退化，說明稀土元素與sp2含量對薄膜的血漿蛋白分子的選擇性吸附的影響是不同的。

6、 制備了La2O3摻雜的氧化鈦薄膜，研究摻雜對氧化鈦薄膜微結(jié)構(gòu)及血液相容性的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：稀土離子La促使Ti02晶粒沿(110)晶面擇優(yōu)生長，能細(xì)化TiO2的晶粒；當(dāng)La3+摻雜量從1.56％增加到3.64％時(shí)，Ti02薄膜的光學(xué)帶隙也從2.85eV增大到3.3eV；La2O3摻雜促使Ti02薄膜表面的親水性逐漸增強(qiáng)。血小板粘附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：La2O3摻雜的Ti02薄膜表面粘附的血小板的數(shù)量和被激活的程度均明顯地低于未摻雜樣品，

7、具有明顯優(yōu)于未摻雜樣品的抗凝血效果。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)La2O3摻雜提高了Ti02薄膜表面與蛋白質(zhì)界面張力的極性分量。具有對纖維蛋白原和白蛋白更好的選擇性吸附能力的表面特性及適宜的電子結(jié)構(gòu)，是La2O3摻雜的氧化鈦薄膜表現(xiàn)出良好的血液相容性能的原因。 最后，根據(jù)本論文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，運(yùn)用分子模擬技術(shù)模擬計(jì)算纖維蛋白原分子在La2O3摻雜的氧化鈦薄膜表面的選擇吸附、體系能量和結(jié)合能，提出并驗(yàn)證了蛋白質(zhì)選擇性吸附模型，較好地解釋了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。利用