7.生物材料的表面特性

这是一篇关于7.生物材料的表面特性的思维导图，包括：概述、物理化学表面改性技术、生物表面改性技术、表面性质和降解、表面图形化技术。

7.生物材料的表面特性

• 概述：表面化学和生物学概念
  • 蛋白质吸附和生物相容性
    • 材料表面是一种面缺陷，存在剩余能量，被称为表面张力
    • 驱动力（表面张力）：状态具有热力学不稳态性，吸附原子或分子以满足材料表面的不饱和键的需求，可减少表面张力。
    • 吸附：分子黏附到材料固体的表面 吸收：分子渗透到另一种材料的本体内
    • 吸附剂涂布于材料表面，与机体发生反应，而不是材料本身与机体发生反应
    • 控制材料表面的蛋白质吸附是确保生物相容性的关键
  • 调控蛋白质的表面特性
    • 疏水性：材料对水响应的量度，可借助接触角分析 疏水材料包括大多数的合成聚合物 蛋白质吸附通常随着材料表面和蛋白质的疏水性增加而增加
    • 表面电荷
    • 运用热力学原理考察吸附前体系，对吸附有重大影响的表面特性
    • 空间因素：空间结构和表面粗糙度
    • 表面化学的任何改变都将影响材料表面吸附的蛋白质种类和数量
• 物理化学表面改性技术
  • 表面改性技术简介： 有些是后成型加工技术，有些是从生物材料的化学性质入手 表面改性不会改变材料的本体性质（力学性能）的优势，但是可能在体内发生表面剥离作用 理想表面改性方法的特征：1.薄2.抗剥离3.简单有效
  • 物理化学表面涂层：共价表面涂层
    • 运用物理原理或化学反应 不涉及黏附活性生物分子
    • 等离子体处理
      • 等离子体定义，最常见环境是真空
      • 缺陷：1.化学反应不好确定2.设备昂贵3.在狭长腔体内很难获得均匀反应4.小心防止产生试样的污染
    • 化学气相沉积：在高温条件下将气体混合物与试样接触
    • 物理气相沉积
      • 也有等离子体辅助PVD技术
      • 定义：以物理方法产生原子，沉积到试样上形成表面涂层的技术，主要有溅射法和热蒸法
      • 溅射沉积：先高能离子或原子轰击靶材料，再释放出来靶原子与试样表面相遇，形成薄膜
      • 优势：1.均匀一致2.无空洞/针孔缺陷3.制备容易4.从反应器取出时无菌~8
    • 辐射接枝/光学接枝：将基材暴露在高能辐射源下，使表面形成活性等离子体，进而在基材表面形成共价键合涂层 包括互照辐射接枝，将生物材料基材置于单体溶液中，然后用电子束或伽马射线进行辐照，以制备聚合涂层
    • 单分子层自组装
      • 自组装分子具有两亲性，三个关键区域：黏附基团、长烃链、功能头基团
      • 组装驱动力：基材与基团的强放热反应
      • 优势：容易形成、涂层化学稳定、化学构造多样化
  • 物理化学表面涂层：非共价表面涂层
    • 溶液涂层法：基材浸泡到含有涂层材料的溶液中，取出晒干
    • LB膜法： 涂层相对不稳定，主要原因是涂层不是化学键结合
    • 表面改性添加剂： 添加剂加入到材料本体时，将自发上升到材料表面形成涂层 驱动力：材料表面自由能的减少
      • 是否有效的依据：1.有无SMA时材料表面张力的差异 2.SMA在本体材料中的运动性及生物材料周围的环境
  • 无覆盖层的物理化学表面改性方法
    • 改性材料表面已有的分子
    • 离子束注入：离子加速到高能态，直接在生物材料上形成表面
    • 等离子体处理
    • 转换涂层
    • 生物活性玻璃
    • 表面改性的激光方法，优点：可以在常压下进行、能够精确控制反应时间和空间定位
• 生物表面改性技术
  • 把生物活性分子连接到基材上 首要问题：维持所连接分子的生物活性
  • 共价生物涂层
    • 提高稳定性，基质表面通常含有羟基、羧基或氨基等基团 分子可以直接或通过“占空分子”键合到基质上
  • 非共价生物涂层
    • 生物分子吸附到生物材料上，然后通过交联提高涂层的稳定性 利用疏水作用和静电相互作用
  • 固定化酶
• 表面性质和降解
  • 降解容易引起表面处理涂层或底层基质的变化
• 表面图形化技术
  • 定义：以可控方式改变生物材料的表面性质
  • 最常用的技术：微接触印刷、微流体技术
• 表面表征技术（不作具体介绍）
  • 接触角分析
    • 基本原理：杨氏等式 γsv-γsL-γLvcosθ=0
• 利用其技术制成等离子体喷焰器
• 主要内容: •蛋白吸附及其热力学 •物理/化学表面改性技术 •生物学表面改性技术 •表面图案化技术