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钽膜提高钛基人工心脏血栓抵抗
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钛及其合金因其显著的力学性能和生物惰性而被广泛应用于不同的生物材料领域。然而，钛基材料仍然面临一些挑战，重点是血液相容性。支架、心脏瓣膜和循环装置等血液接触装置由于血液与植入物表面的不适当相互作用，容易形成血栓、再狭窄和炎症。植入后，当血液遇到这些植入物表面时，会发生一系列反应，如蛋白质吸附、血小板粘附和活化，以及白细胞复合物形成作为防御机制。目前，患者被开抗凝药物来防止血液凝固，但这些药物会削弱他们的免疫系统，并在受伤期间导致深度出血。因此，研究了在钛的表面沉积钽膜来改变钛的表面性质可以增强其血液相容性。 (a)心脏瓣膜框架和支柱周围的血栓形成。(b)纤维蛋白形成。(c)纤维蛋白形成血栓。 钛基生物材料的血液相容性 血液相容性是任何用于接触血液的医疗器械的生物材料的一个基本特征。血液相容性是一种材料在与血液接触时控制由异物表面引起的血栓和炎症反应的能力。这些反应对应于发生在表面的一系列相互关联的事件，如图2所示。由于植入物和血液之间的相互作用仅发生在植入物表面，因此，修改设备表面是有效的，因为它可以防止血液反应，而不改变有利的散装材料属性。 医疗器械相关血栓形成的示意图。植入物表面最初的蛋白质吸附介导了所有后续现象。 蛋白质吸附。当血液与生物材料表面接触时，首先发生的事件是血浆蛋白的吸附。40这些血液蛋白在生物材料表面迅速形成一层，厚度为2-10纳米，蛋白浓度比血浆高1000倍。 凝血级联。凝血级联反应是血栓形成的过程，分为内源性和外源性两种途径。外源性途径是由内皮组织中受损的细胞触发的，而内源性途径(也称为接触激活)是由于生物材料表面与吸附的蛋白质的相互作用。这两种途径不是相互独立的，都可能参与生物材料相关的血栓形成。 血小板粘附。吸附的蛋白质层在血小板对生物材料的反应中起着至关重要的作用。吸附的纤维蛋白原介导血小板粘附到表面，并且它随着蛋白质构象的变化和血小板结合域的可用性而变化。在血小板粘附到植入物表面之后，它们经历形态变化，导致其活化和聚集。 白细胞粘附。除了血浆凝固和血小板相关反应外，生物材料表面的血液相容性也受到白细胞活化的影响。类似于血小板，白细胞，如单核细胞和中性粒细胞，也可以在结合到表面时粘附和激活。纤维蛋白原也主要参与白细胞与生物材料的粘附，并且在激活后，白细胞可以进一步辅助凝血和炎症过程。 血小板在生物材料表面的粘附和活化。 提高钛基植入物血液相容性的策略 表面性质及其对血液相容性的影响 当改变形貌时，表面粗糙度将受到影响，尽管粗糙度不是表面形貌的精确定义，因为它不能指示粗糙度尺寸是宏观尺度、微观尺度还是纳米尺度。由于增强的细胞响应和生物相容性，微/纳米尺度结构在生物医学领域引起了极大的兴趣。表面粗糙度ra是表面纹理上精细间隔的微不规则性的量度，并通过计算ra和rz来确定。虽然ra给出了平均表面粗糙度，但rz可以给出对强度有害的任何孔、洞或表面变形的信息。体内/体外结果表明，表面粗糙度会影响蛋白质吸附、血小板粘附和活化以及血栓形成。 钛和钛合金的表面改性 有研究者在钛体上制备了钽及其化合物的纳米结构涂层，并对血小板在此类涂层上的生长情况进行了研究。 结果表明，在所有的研究样本中，血小板被粘附并聚集到一个更大的形态，而他们的形态特征则明显地发生了变化初始状态。 初始钛试样在血小板血浆中孵育后，形成大量聚集物（图4a，5a），而单个细胞的直径为600-800纳米表明了颗粒的出口和团簇形成的团簇体形式。从2点到5点血小板聚集形成的。研究者认为，在钢材表面提供的工艺可以归类为第三类血小板聚集。 不同涂层的钢表面血小板聚集后的光学图像: (a) 初始钛;(b)钽;(c)氧化钽;(d)氮化钽;(e)钽氮氧化物。 不同涂层的钢表面血小板聚集后的afm图像: (a)初始钛;(b)钽;(c)氧化钽;(d)氮化钽;(e)钽氮氧化物。 根据光学显微镜和原子力显微镜的数据，建立了大量的伪足在ta涂层。根据原子力显微镜(afm)数据，得到了直径为0.5μm的颗粒;单个的细胞散布在样品的表面。大量伪足形成致密(图4b、5b)。薄片在截面上的厚度为400纳米。一个可逆观察到聚集过程。这些过程是由于钽的亲水性涂层表面。钽涂层和棕褐色涂层(图4d, 5d)具有相似的性能。 纳米结构氮化钽表面的血小板聚集程度较弱。在这个病例中，血小板粘附在突出物表面。 同样的，单个的血小板下沉到表面，表面粗糙度很高氮氧涂层表面(图4e、5e)。但对于这类表面，色散分量是自由的表面能显著增加，导致聚集体增加。数量与钽镀层相比，团聚体较少。建立了一个伪足密集网络。纳米氧化钽薄膜表面的血.小板粘附不均匀血小板呈弱激活、球形，伪足数量极少。这些样品上有大量聚集物未被识别(图4c、5c)。 结论 由研究结论可知，材料的类型、性质及其亲水性是考察抗血栓性涂层的特性。表面具有亲水性(钛)的材料，将不可逆聚合。改变钛及其合金的表面性质，增加表面的疏水性(氮化钽)可以增加对血栓的抵抗。 |
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