组织工程材料的表面改性研究及应用：等离子体改性和接枝改性

组织工程材料的表面物理化学性质对材料的组织相容性有着重要影响。因而对材料的表面进行改性，在保持材料物理机械性能的前提下引入可促进细胞黏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。目前，细胞相容性聚合物的表面改性方法主要有：等离子体改性、接枝改性等方法。文章从等离子体改性、接枝改性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。     

聚丙烯酰胺接枝改性聚丙烯膜的血液相容性

背景：绝大多数高分子材料在与血液接触时都导致不同程度凝血，使其应用受到限制。因此研制有优良抗凝血性能的高分子材料成为生物人工肝材料临床研究中的关键问题。 目的：体外检测新型人工肝反应器材料——聚丙烯酰胺接枝改性聚丙烯膜(PP-g-AAm)的血液相容性。 方法：对改性前、后的聚丙烯膜行溶血试验、凝血酶原时间和活化部分凝血激酶时间试验，用流式细胞术检测血小板CD62P和CD63的表达率，扫描电镜观察两种膜上血小板的黏附情况。 结果与结论：聚丙烯膜和PP-g-AAm膜的溶血率分别为1.32%和1.46%；聚丙烯膜的凝血酶原时间和活化部分凝血激酶时间较PP-g-AAm膜明显缩短(P < 0.05)；PP-g-AAm膜激活血小板表达CD62P、CD63的百分率都明显少于聚丙烯膜(P < 0.05)；扫描电镜观察两种材料表面黏附的血小板都有明显变形，但PP-g-AAm膜表面黏附的血小板明显少于聚丙烯膜。提示PP-g-AAm膜具有良好的血液相容性。 关键词：人工肝；血液相容性；生物相容性；聚丙烯；膜生物材料 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.08.045     

肝素化纳米材料P(LLA-CL)的制备及其表征和抗凝血性特征

目的：采用等离子体技术引发表面接枝肝素方法，使纳米材料P（LLA-CL）表面肝素化，以提高材料的抗凝血性。 方法：制备静电纺高聚物P(LLA-CL)纳米纤维，采用等离子体技术引发纳米材料P(LLA-CL)表面肝素化，对其表面进行改性，并测试其力学性能，同时对肝素化材料进行了接触角测试观察其表面亲水性，傅里叶全反射红外光谱分析进行表面分析，扫描电镜观察纤维形态，EDS能谱对表面元素组成进行表征，血液相容性实验评价肝素化P（LLA-CL）材料表面的血液相容性。 结果：采用等离子体技术能够成功将肝素接枝到P(LLA-CL)表面。等离子体处理后P(LLA-CL)材料表面接触角显著减小，亲水性增强；等离子引发肝素化后，材料仍能保持良好的机械力学性能；红外光谱、扫描电镜和EDS结果表明等离子体引发肝素成功接枝到P(LLA-CL)表面；血液相容性实验显示肝素化材料复钙时间全血凝血时间明显延长。 结论：材料在等离子体肝素化改性处理后抗凝血性能改善，血液相容性提高。     

血液相容性抗凝血生物医用高分子材料的制备及其机制

背景: 由于生物医用材料要接触人体内环境,甚至必须植入生物体内,因此要求具有无毒性、优良的生物相容性、高化学稳定性、合适的物理机械性能以及易加工成型性。 目的：从生物惰性材料、生物活性表面和白蛋白的结构及其在抗凝血上的应用几个方面分析血液相容性抗凝血生物医用高分子材料的制备及其机制。 方法：由第一作者检索1969/2010 PubMed数据及万方数据库有关血液相容性抗凝血生物医用高分子材料的制备及其机制等方面的文献。 结果与结论：目前抗凝血材料的制备基本上只是采用单独的生物惰性表面或生物活性表面,虽然都获得了较好效果,但不能长期保持其生物相容性尤其是血液相容性,如果能将惰性表面与活性表面结合起来,使材料同时具备两者的长处,并能充分利用人体血液中的天然组分白蛋白或许会是抗凝血材料的一个发展趋势。今后希望通过采用高生物惰性的PEU和具有生物活性的白蛋白识别因子cibacron blue复合,合成具有优良性质的活性改性物,并以此对聚氨酯进行改性。     

金属医用材料表面微磁场改善的血液相容性

摘要 背景：在316L不锈钢、NiTi合金的表面用溶胶凝胶法制备含SrFe12O19磁性粉末的TiO2薄膜,磁化后在材料表面形成微磁场,可以延长其动态凝血时间,降低其溶血率,改善材料的血液相容性。 目的：讨论材料表面微磁场与血液相互作用的机制。 方法：用柠檬酸法制备SrFe12O19粉末,用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)等分析了磁性粉末的成分及形貌,用磁强计检测了SrFe12O19粉末的磁性能;用溶胶凝胶法在316 L不锈钢、NiTi合金的表面制备含SrFe12O19磁性粉末的TiO2薄膜,并用X射线衍射仪分析了薄膜成分;通过动态凝血时间和溶血率的测定结果分析材料表面微磁场与血液相容性的关系。 结果与结论：材料表面产生的磁场阻碍了血液中Ca2+、和纤维蛋白原、血小板及红细胞等分子在材料表面上的黏附,从而抑制了凝血反应的进行,因而具有抗血栓的作用,提高了材料与血液之间的相容性。     

聚对苯二甲酸乙二醇酯材料LARS韧带重建急性前交叉韧带损伤23例

摘要 背景：LARS人工韧带由法国Laboureau应用聚对苯二甲酸乙二醇酯模仿人体韧带的解剖结构和重物力学原理设计而成,既符合正常前交叉韧带的生理结构,同时又显著提高了抗扭转力,能对抗重复扭曲,弯曲的力以及过度牵引。 目的：总结LARS人工韧带在急性膝关节前交叉韧带损伤移植重建中的临床应用特点。 方法：选择急性前交叉韧带损伤患者23例,男17例,女6例,年龄21~54岁;受伤至手术时间为3 d~3周。均采用法国产聚对苯二甲酸乙二醇酯材料LARS人工韧带对断裂损伤的韧带行重建。植入前后按照Lysholm膝关节评分标准进行评价。 结果与结论：23例随访11.2(10~14)个月,所有患膝不稳定症状消失,前后抽屉试验阴性,关节功能良好,平均伸屈度0°~120°;根据Lysholm 膝关节评分法,从术前(40.34±4.00)分增加至术后(90.21±4.00)分,差异有显著性意义(P < 0.01);均于术后2个月左右恢复一般体育活动。部分病例术后MRI检查发现,残余韧带逐渐长入人工韧带,使其逐渐增粗。证实关节镜下聚对苯二甲酸乙二醇酯材料LARS人工韧带重建前交叉韧带,操作简便,创伤小,可使关节获得即时稳定性,早期康复锻炼,同时残存韧带组织与人工韧带交织保留了本体感觉的神经传导路径,最大限度防止关节功能受限,近期疗效满意。 关键词：前交叉韧带／损伤;人工韧带;韧带重建;关节镜;生物材料     

组织工程材料表面改性方法研究：聚合物表面基团转变和生物活性分子的固定

文章从细胞相容性聚合物表面基团的转变、表面生物活性分子的固定等几个方面论述了组织工程材料的表面改性及其与细胞相容性的关系。 关键词：表面改性；表面基团的转变；表面生物活性分子的固定；组织工程材料；组织相容性材料 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.03.042     

316L不锈钢和NiTi合金血管支架的血液相容性*★

学术背景：临床广泛使用的316L不锈钢、NiTi合金血管支架，有较好的耐腐蚀性和血液相容性。但随着人们对这两种材料血液相容性的深入研究，也发现了它们在血液中有离子渗出、表面血栓等问题，如何提高316L、NiTi合金血管支架的血液相容性已成为人们研究的重要课题。 目的：介绍316L不锈钢、NiTi合金血管支架血液相容性研究现状，探讨金属支架表面生物化处理的方向。 检索策略：应用计算机检索PubMed数据库、Science Direct数据库和中文科技期刊CNKI数据库1996-01/2007-09的相关文章，检索词为“NiTi合金血管支架、316L血管支架、表面改性、血液相容性”，限定文章语言种类为中文和英文。共检索到论文1 759篇，其中英文909篇，中文850篇。纳入标准:①与NiTi合金、316L不锈钢有关的表面改性、血液相容性研究。②材料表面因素与蛋白吸附、血液相容性关系。剔除内容重复性的研究，并以近3年文献为主，最终确定了33篇。 文献评价：在确定的文献中，关于316Ｌ、NiTi合金血管支架应用中存在血栓问题的文献6篇，腐蚀问题的文献6篇，影响材料抗凝血性表面因素的文献8篇，提高316Ｌ、NiTi合金支架血液相容性途径的文献13篇。 资料综合：现用的血管支架材料316L、NiTi合金在血液中仍有离子析出、血栓产生。通过降低材料表面的粗糙度，改变生物材料表面化学成分和化学组成，使材料表面呈负电性，降低材料表面的张力与表面能几方面因素提高血管支架材料316L、NiTi合金的血液相容性。 结论：在没有开发出新的血管支架材料前，对现有支架材料316L、NiTi合金表面进行生物化改性处理是提高支架血液相容性的一条途径。     

聚对苯二甲酸乙二醇酯材料LARS韧带重建兔前交叉韧带后早期组织学及超微结构变化

背景：LARS韧带由法国JP Laboureau 1985年设计并应用于临床。中短期临床应用报道证实该人工合成韧带疗效满意，但目前该韧带材料移植后组织学转归的研究较少。 目的：应用聚对苯二甲酸乙二醇酯材料LARS韧带重建兔前交叉韧带，对移植后移植物组织学及超微结构进行观察。 设计、时间及地点：随机对照动物实验，于2007-01/12在苏州大学附属第二医院实验中心及相关实验室完成。 材料：聚对苯二甲酸乙二醇酯材料LARS韧带为手术中剩余的LARS韧带残端共3条（上海科隆有限公司提供）；健康成年新西兰白兔12只。 方法：采用系统抽样法将兔分为两组，自体前交叉覆盖残端组（L-LARS）共9膝，右膝前交叉韧带完全切断后，应用体外编织的聚对苯二甲酸乙二醇酯材料LARS韧带重建，并应用前交叉韧带残端覆盖LARS韧带；单纯LARS韧带组（LARS）共3膝，前交叉韧带完全切除后单纯应用体外编织的聚对苯二甲酸乙二醇酯材料LARS韧带重建前交叉韧带。 主要观察指标：术后1，3，6个月切取关节内、骨道内移植物及关节内滑膜组织行苏木精－伊红染色及Masson染色观察，并应用透射电子显微镜观察移植物术后6个月的超微结构。 结果：术后1个月，L-LARS组关节内LARS韧带纤维束被纤维结缔组织包裹，而LARS组手术后6个月仍不能被纤维结缔组织包裹。术后3个月，L-LARS组关节内LARS韧带纤维束包裹的纤维结缔组织为不成熟的胶原纤维组织，L-LARS组和LARS组骨道内或LARS韧带纤维束之间，均存在中等程度的异物反应或炎症反应，以LARS组明显。术后6个月，L-LARS组关节内LARS韧带纤维束之间仍为不成熟的胶原纤维组织；L-LARS组及LARS组骨道内或LARS韧带纤维束之间，异物反应或炎症反应逐渐减轻；L-LARS组及LARS组骨道内均存在骨长入，新生编织骨起始于骨道壁，向人工材料的深层长入；术后6个月，电子显微镜见L-LARS组人工纤维束间胶原纤维直径50~100 nm，关节内人工纤维束间的成纤维细胞及骨道内人工纤维束间的成骨细胞体积和细胞核增大，粗面内质网扩张。 结论：聚对苯二甲酸乙二醇酯材料LARS韧带生物相容性较好；关节内游离部分用自体组织覆盖后，有助于人工韧带材料“生物化”；移植后骨道内是否存在有效骨长入仍需进一步观察。     

两种新型支架材料的细胞相容性

背景：利用骨组织工程原理,通过观察成骨细胞在生物材料上的形态、测定成骨细胞在生物材料上的黏附率等方法,可评估生物支架材料的生物相容性。 目的：通过扫描电子显微镜下细胞-生物材料的观察和细胞-生物材料黏附率的测定,探讨骨组织工程材料的细胞相容性。 设计、时间及地点：动物实验,成骨细胞形态学观察,于2007-02/2007-09在华南理工大学材料科学与工程学院生物材料研究所教育部重点实验室完成。 材料：健康 SD乳鼠30只,2种支架材料分别是：复合海藻酸钠和聚乳酸羟基乙酸的磷酸钙骨水泥以及卵磷脂改性聚乳酸羟基乙酸/生物活性玻璃复合支架。 方法：取SD乳鼠颅骨成骨细胞,经体外培养、扩增,与两种新型可降解生物活性支架材料进行复合,通过扫描电镜观察细胞形态并测定细胞在生物材料上的黏附率。 主要观察指标：观察接种于生物材料表面上的成骨细胞形态、黏附情况,对生物材料生物相容性进行描述。 结果：生物活性材料与细胞复合后,材料出现了矿化,同时在海藻酸钠/聚乳酸羟基乙酸磷酸钙骨水泥通过扫描电镜观察发现其上游生长形态良好的成骨细胞;成骨细胞在生物卵磷脂改性聚乳酸羟基乙酸生物活性玻璃上的黏附率最高达到了95.2%。 结论：从细胞形态和细胞黏附率上看,海藻酸钠/聚乳酸羟基乙酸磷酸钙骨水泥和生物卵磷脂改性聚乳酸羟基乙酸生物活性玻璃具有较好的生物相容性。     

Titanium is a highly thrombogenic biomaterial: possible implications for osteogenesis.

Titanium has superior osteointegrating properties compared to other biomaterials. The mechanism for this is unknown. During the initial phase of bone implantation the biomaterial comes into direct contact with whole blood. In this study we use a newly developed in vitro chamber model to compare different commonly used biomaterials in contact with whole blood. These materials were selected with respect to their different osteointegrating properties in order to correlate these properties with the response to whole blood. In the presence of 3 IU/ml of heparin only titanium induced macroscopic clotting. This was reflected by the generation of thrombin-antithrombin which was much increased in blood in contact with titanium compared with steel and PVC. The coagulation activation caused by titanium was triggered by the intrinsic pathway because the generation of FXIIa-AT/C1 esterase inhibitor paralleled that of thrombin-antithrombin, and both thrombin-antithrombin complex and FXIIa-AT/C1 esterase inhibitor generation were abrogated by corn trypsin inhibitor, which is a specific inhibitor of FXIIa. The binding of platelets was increased on the titanium surface compared to the other biomaterial surfaces and the state of platelet activation was much more pronounced as reflected by the levels of beta-thromboglobulin and PDGF. This study indicates that titanium is unsuitable as a biomaterial in devices which are in direct contact with blood for a prolonged period. Furthermore, PDGF and other alpha-granule proteins e.g. TGF-beta, are known to be potent promotors of osteogenesis which suggests that the pronounced thrombogenic properties of titanium might contribute to the good osteointegrating properties.     

人工材料在急性运动骨损伤中的应用与表面修饰

摘要 背景：选择合适的表面修饰材料,有针对性的对基质支架材料进行表面改性和表面修饰,提高材料表面的细胞黏附性以及促进细胞的增生是骨组织工程支架材料研究的重要内容。 目的：概述骨组织工程支架材料的运用情况,支架材料表面修饰材料的运用以及修饰方法或途径。 方法：由第一作者检索1995/2010 PubMed数据及万方数据库文章,选择与组织工程支架材料运用及表面修饰相关的文献。 结果与结论：成骨细胞与支架材料的作用依赖于材料的表面特性、局部形态、表面能或化学能等,这些表面特性决定了细胞怎样吸附到材料表面、细胞的定位以及细胞的功能行为等。因此生物材料的复杂性和细胞-生物材料表面的相互作用决定着进行生物支架材料表面修饰的重要性。理想的表面修饰应该兼顾表面拓扑结构、特异性识别、亲水与疏水平衡、蛋白质吸附等各个方面才能得到功能化的新生组织。目前,应用最多的表面修饰材料是Ⅰ型胶原,未来研究中将多种表面修饰材料进行复合发挥材料的互补作用,以及基因疗法和纳米材料的发展,将成为骨组织工程学领域研究的热点问题。 关键词：骨;支架材料;表面修饰;运动损伤;生物材料 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2011.03.041     

多种生物材料细胞生物相容性及其安全性的系统评价

OBJECTIVE: To discuss the biosafety and biocompatibility of biomaterials. METHODS: A computer-based online search of CNKI, CBM and VIP as well as manual search were performed to collect articles about random cell control experiments and animal experiments of biological material biocompatibility published between 1990 and 2008. A total of 28 Chinese literatures were collected, and 7 were included mainly involving the cytotoxicity test methods and blood compatibility of the experimental medium, experimental grouping, experimental materials, methods of observation, experimental results, and experimental conclusion. In addition, biocompatibility of the biological material was analyzed to summarize the biocompatibility of the biological safety. RESULTS: Based on experiments of biosafety and biocompatibility of biomaterials, the cytotoxicity test and blood compatibility of various biomaterials, such as collagen, chitosan, magnetic nanoparticle, metal vascular stent, sulphurated siliastic medical grade silicon rubber, polyurethane, ceramic coatings by micro-arc oxidation, are essential for the biological safety. The experimental results have shown that the biomaterials have good biocompatibility. CONCLUSION: A variety of biological materials present good biocompatibility, including collagen, chitosan, magnetic nanoparticle, metal vascular stent, sulphurated siliastic medical grade silicon rubber, polyurethane, ceramic coatings by micro-arc oxidation, based on the evaluation criteria.     

食管支架的应用及其生物相容性评价

随着诊疗水平的提高,需要行食管替代术的患者日益增多。食管支架材料的研究尝试了钛镍合金网、聚乙烯、高分子硅胶涤纶合成体、碳素纤维等高分子材料和部分生物材料,取得了一定成就。但由于这些材料不能很好地解决生物组织相容性和力学相容性等关键性问题,致使吻合口瘘、脱管及狭窄等并发症发生率很高,临床效果不佳。而利用组织工程技术对食管支架置入后进行评估是解决这些问题的希望,文章就此问题利用组织工程技术对食管支架材料的发展及应用进行探讨。     

心血管支架材料生物力学及生物相容性与支架置入后血管再狭窄

血液和组织相容性是人工心血管材料广泛应用中的主要问题之一。一种性能优良的心血管支架应具备良好的生物相容性、合适的扩张比、足够的柔韧性和顺应性、材料易消毒、微环境易控制性等,置入后必须保证能让细胞很好的贴附生长,具有良好的细胞亲和性。经皮冠状动脉介入治疗是冠状动脉粥样硬化性心脏病治疗的一个里程碑,但支架内再狭窄却严重地限制了经皮冠状动脉介入治疗的发展。支架内再狭窄的机制十分复杂,是多因素共同作用的结果,目前研究仍存在许多难点,只有彻底揭开支架内再狭窄的内在机制,才能有效降低支架内再狭窄的发生率。随着表面技术的迅速发展,可 通过对心血管置入材料表面改性来提高材料组织相容性、血液相容性、力学性能及抗腐蚀行为,可为开发性能优良的新型生物可降解材料提供有效方法。     

壳聚糖球形多孔微载体的血液相容性评价****☆

摘要 背景：文献报道的微载体大多为实心的、大孔的,虽然较二维微载体的比表面积有明显的增加,但距理想的三维微环境相差甚远。 目的：构建壳聚糖球形多孔微载体,通过溶血实验、凝血实验、血小板计数及聚集实验评价其血液相容性。 方法：利用液氮冷冻干燥技术成功构建浓度为1%,2%,3%的壳聚糖球形多孔微载体。选择健康成年新西兰兔为宿主,采用溶血实验、凝血实验、血小板计数及其聚集实验评价壳聚糖球形多孔微载体的血液相容性。 结果与结论：浓度为1%,2%,3%的壳聚糖球形多孔微载体的溶血率分别为1.56%,2.07%,2.31%,均小于5%,均无致溶血性;3种浓度壳聚糖球形多孔微载体样本材料对兔血时间无明显影响,三者与生理盐水阴性对照组间也无明显差别(P > 0.05);3种浓度壳聚糖球形多孔微载体样本材料对兔血小板计数无明显影响,注入浸提液前后比较和组间比较差异均无显著性意义(P > 0.05)。证实壳聚糖球形多孔微载体无致溶血性、无凝血性和无血小板聚集性,表明壳聚糖球形多孔微载体具有良好的血液相容性。 关键词：人工肝脏;壳聚糖;微载体;血液相容性;组织工程 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2011.03.006