生物材料表面与界面对血液相容性的影响

含氢量
SP3/SP2
3.表面界面各因素对血液相容性影响的定量关系
含氢量是影响DLC膜动态凝血时间的首要因素； DLC表面界面因素与抗凝血性能的关联程度为： 含氢量>界面张力>γ sd/γ sp>粗糙度>SP3/SP2 表面粗糙度是影响DLC膜动血小板粘附的首要因素； DLC表面界面因素与血小板粘附的关联程度为： 粗糙度>γ sd/γ sp>界面张力>SP3/SP2>含氢量 界面张力是影响DLC膜红细胞溶血的首要因素； DLC表面界面因素与溶血率的关联程度为： 界面张力>SP3/SP2>表面张力>含氢量>γ sd/γ sp
•Niylas等人把生物材料的表面张力分解为γ sd和γ sp两个部分, 通过实验发现极性 分数γ sd/γ sp是影响生物材料血液相容性的决定因素； •Kaeble提出, 提高材料表面的色散力分量, 有助于提高材料表面吸附蛋白层的 稳定性, 从而提高血液相容性；但是极性分量增加则使材料优先吸附白蛋白, 而 色散分量增加则材料优先吸附纤维蛋白原； •Ratner指出生物材料表面亲水性和疏水性必须达到某种平衡材料才具有良好 的血液相容性； •E. Ruckenstein总结: 材料表面能各分量的大小必须接近于他们各自对应的血 液有形成分表面的各分量的大小, 使它们的界面自由能很低, 但又不能使界面张 力为零或太小时，可获得较好的血液相容性。
电荷密度
材料表面的电荷密度 过高, 能损伤血小板 的功能； 因此, 适度的电荷密 度也是影响生物材料 的血液相容性的重要 因素。
例:
纤维蛋白原是一种类似于本征半导体的材料, 要抑制它的电荷转移，
和它接触的生物材料必须具有较小的功函数, 从生物材料的能带图来看, 如果生物材料的禁带较宽, 包含纤维蛋白原的价带和导带, 则纤维蛋白原 很难向材料转移电子而发生构象改变; 如果使生物材料通过掺杂等方法 成为 N 型半导体, 导带存在电子而空穴很少,纤维蛋白原价带电子向材料 转移受到阻碍, 从而使材料显现出良好的血液相容性。
料中亲水性区域和疏水性区域有一个适宜的平衡。
例:
人们通过观察亲疏 表面黏附蛋白的分 布情况发现：
亲水表面吸 附白蛋白 吸附初始白蛋白对血小板吸附有阻滞作用，但 白蛋白随时间失活就会失去对凝血的抑制作用 疏水性表面上吸附上球蛋白分子上的 Fab 部分, 分子上的Fc部分则指向外侧, 由于血小板表面含 有 Fc 受体, 于是表面就容易吸附血小板
碳素材料γ sd/γ sp<1;极性分量增加使材料多吸附白蛋白，色散 分量增加多吸附纤维蛋白原；高极性分量是材料的看凝血性 能增加；血小板消耗率与γ sd/γ sp无相关关系。 表面张力与血小板消耗率有很好的相关性，是影响血小板粘 附与凝聚的首要因素；表面张力增加，蛋白吸附层更稳定， 血小板粘附减少。 含氢量与动态凝血时间有很好的相关性，越高时间越 段；但对于血小板粘附与聚集，适当的含氢量有利于 提高材料抗血小板粘附能力。 SP3含量增加，动态凝血时间会减少；但是适当的SP3由 利于降低血小板的粘附与聚集；过高或过低的杂化比都会 引起血小板的剧烈粘附。
疏水表面吸附γ-球 蛋白和纤维蛋白原
3.表面电学特性
表面电荷对抗凝的影响
电性
红细胞、白细胞和血 小板表面带负电荷； 所以一般认为表面带 负电荷的材料具有较好 的血液相容性； 但负电荷同时也是激 活凝血因子XII而导致 内源性凝血的原因（玻 璃、陶瓷）。
微相分离
宏观呈现负电而微观 区域带正电的微相分离 结构才能具有良好的抗 凝血性能； 为了抑制血小板的粘 附,材料总体呈负电荷； 局部微观上为防止凝 血因子活化, 在100埃 范围内带正电荷。
含氢量
表面粗糙度
界面张力
结论
表面张力极性分量高、表面光滑、含氢量和SP3 含量恰当、表面张力和界面张力在一定的范围内
Ec 导带 Ep 价带 Ev 禁带
导带 Ec EF Ev 价带
4.表面能量状态
原理：当异物表面与血液接触时, 由于两者表面张力不同, 必然导致
界面的产生。同时, 产生某种驱动力使血液中活性组分向界面运动以 减少界面张力。表面能大吸附的蛋白多,吸附层稳定, 但引起蛋白质构 象变化也大, 这一对相互矛盾的体系。
二、生物材料的表面特征参数
生物材料表面主要包括四个方面的性能: 表面物理形态、 表面化学形态、表面电性能和表面能量。
三、材料表面特征参数对抗凝血性能的影响
1.表面物理形态
粗糙度过高，使血液流动产生 停滞或涡流，引起凝血 光洁玻璃表面凝血也很严重 表面粗糙度的影响具有不确定性, 也可能是因为表 面粗糙度不是影响血液相容性的重要因素 表面宏观光滑, 微观多相分离结构 材料具有优良的血液相容性
2.DLC影响血液相容性的因素
研究发现：类金刚石薄膜的性质大部分取 决于碳元素SP2和SP3结构的相对比率；膜的 硬度和密度又与其含氢量有关。因此：
表面粗 糙度
影响DLC薄膜 血液相容性的 表面界面因素
SP2/SP3
表面张力
γ sd/γ sp
含氢量
表面粗糙度
γ sd/γ sp
表面张力
粗糙度0.1-0.2μm范围内，体外动态凝血 时间较长，远离这个范围凝血时间变短； 但血小板消粘附与聚集随粗糙度正相关。
生物材料表面与界面与血液相 容性关系的研究
报告人:龙辉武 学号:13091075 指导老师:陈俊英
生物材料与血液接触的 相互作用 生物材料表面与界面特 征性质 表面界面特征性能与血 液相容性的关系 类金刚石表面界面与血液 相互作用关系距离介绍
contents
Hale Waihona Puke Baidu
一、生物材料与血液接触的相互作用
生物材料与血液接触导致凝血 ( 血栓形成) 的过程分为 凝血因子激活、血小板粘附与凝聚、红细胞粘附和补体 系统激活等四个途径。
四、类金刚石膜与血液的相互作用
1.类金刚石
类金刚石(DLC)：一种碳元素以sp3和 sp2键的形式结合生成的亚稳态材料， 兼具了金刚石和石墨的优良特性； 高硬度、高电阻率、良好光学性能、 优秀的摩擦学特性、化学惰性、生物 相容性、耐摩擦性； 非晶薄膜，可分为无氢和氢化两类； 广泛用于心脏瓣膜、人工关节、人工 骨等方面。
今井庸二： 0.1~0.2μm范围内物 理或化学不均匀的微相 分离结构
粗糙度对血液 相容性的影响
2.表面化学性质
生物材料表面化学组成和化学成分可以表现在材料的亲疏水性上。 一般来讲, 亲水性表面要比疏水性表面吸附蛋白量少, 容易引起白蛋白变 性, 也容易解吸。但是也不是说, 亲水性越强, 抗凝血性能越好。亲水性 表面容易引起吸附蛋白的解吸, 而疏水性表面吸附牢固, 疏水性表面使吸 附蛋白构象发生变化较亲水性表面大。一些研究表明, 抗凝血性能需要材