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生物材料表面的生物相容性 1 表面修饰技术 血管移植的生物材料在移植后不可避免地与人体组织或血液接触，导致血液抑制，从而影响材料的愈合效果。因此，这种材料的表面性质对改善生物适应性非常重要。表面修饰是生物医学材料领域的核心技术之一, 其根本目的就是要使生物材料表面具有更好的生物相容性。与表面反应相关的参量有很多, 如亲水/疏水性、表面能、表面势、官能团、表面电荷、受体位点、分子的运动、粗糙度/质地以及表面分子的空间取向等。表面修饰就是通过改变这些性质来控制生物材料表面的生物反应性质。目前, 表面修饰技术已经被广泛应用于心血管植入生物材料的表面改性以提高其生物相容性。除了设计、制备性能优异的新材料外, 通过对传统材料进行表面物理、化学和生物改性是一条有效的途径。表面覆膜是应用比较早的一种方法, 通过不同的方法在材料表面制备一层无机的或者有机的薄膜, 可以起到提高材料血液相容性和抗腐蚀性的作用, 如类金钢石薄膜、纤维涂层、碳化硅涂层、Ti-O薄膜等。但是, 以上方法仍然摆脱不了远期血栓的形成和并发症的出现。另外, 人们还采用了包括表面化学接枝、光接枝、等离子体接枝等技术对生物材料的宏观表面性质进行了修饰, 也在不同程度上改良了材料的生物相容性。但是, 随着人们对生物材料———表面界面的非特异性作用和生命单元表面行为的不断认识, 越来越多的研究者认识到, 只有在更微观的尺度上实现对生物材料的表面特异性生物活性作用的精确控制才是从根本上解决生物材料生物相容性的关键。 目前, 表面接枝生物分子以改善生物相容性的生物方法即是着眼于此。表面接枝生物分子是近些年来发展比较快的一种生物材料表面修饰方法, 这种方法首先在物理力学性能适合的材料表面引入官能团, 然后通过各种方式引发聚合, 建立特定的分子结构, 把具有抗凝血或者促内皮化功能的分子接枝到材料表面, 以赋予材料优良的血液相容性和细胞相容性。而且所选用的生物分子本身毒性较低, 具有较好的生物相容性, 通过选择不同的生物分子, 如肝素、RGD肽段、VEGF等, 可以获得具有抗凝或促内皮化等不同生物学功能的表面, 而且还具有表面构建的可控性。 2 微图形技术的应用 目前, 心血管植入生物材料表面固定生物分子的方法主要分为物理方法和化学方法两种。 物理方法主要包括物理吸附法、静电自组装法、以及微接触印刷术, 其中物理吸附法最简单, 但其固定的生物分子在体内的释放难以控制, 无法保证其长期疗效, 目前采用直接物理吸附的方法固定生物分子的研究已经比较少见。静电自组装法制备工艺简单, 通过简单的交替浸涂技术可实现材料表面组装分子纳米、亚微米尺度的有规结构设计, 能保证生物分子的生物活性, 并可在具有复杂体型结构的装置和材料上实现。因此, 该技术在生物医用材料领域的研究中得到广泛的应用。微图形技术是一种可控的表面图案化微制作技术, 适用于微米、纳米级图形的制作, 实现小分子、聚合物、生物大分子, 以及细胞在材料表面的选择性吸附或粘附。如Zhang等采用微图形模塑技术在钛 (Ti) 基生物材料表面制备了PEG-Hep/Fn复合条带状图形, 实现图形对血小板粘附和激活的调控行为, 有助于进一步了解心血管生物材料表面与血小板的相互作用机制。 化学方法中最常用的是共价固定法, 主要借助生物大分子上的官能团跟基材表面的功能基团通过化学键合使分子固定于材料表面, 提高了固定生物分子的稳定性。但大多数无机材料表面除含有少量羟基外, 缺乏并且不易引入足够的功能基团来连接活性分子。现多使用化学/电化学处理, 自组装单分子层 (self-assembly monolayer, SAM) 和表面等离子体处理等方法来增加已有活性基团 (羟基) 数量或引入其它活性基团 (氨基、羧基等) 。而对于高分子材料来说, 因其表面存在一些反应官能团, 共价固定生物分子要相对容易一些。共价固定提高了生物分子的稳定性, 但可能会造成生物活性的损失, 但是根据基底材料的不同和所选择生物分子的差异, 可以实现保持较高的生物分子的活性。Kishida等在PAA-g-PE表面共价固定了血栓调节蛋白, 结果证实血栓调节蛋白可以保持较好的抗凝活性。此外, 还有配位结合固定生物分子的方法, 如多巴胺中的酚羟基被氧化后, 能够通过配位键与金属氧化物 (如TiO2等) 稳定结合, 同时, 多巴胺发生自聚合, 从而在金属氧化物表面形成结合牢固的聚多巴胺层, 聚多巴胺层具有丰富的反应活性基团, 为生物活性分子的固定提供了条件。 目前, 众多研究者已开始结合两种或者几种方法来固定生物分子, 在提高生物分子稳定性的同时保证所固定生物分子的活性, 这也将是今后关注的重点。 3 根据不同应用目的的心血管生物材料表面活性剂 3.1 复合生物分子的作用 目前固定生物分子提高