Susanna Laurén Feb 27, ’13 < 20210427

材料表面粗糙度和润湿性对生物相容性的影响

现在市场上有许多由人工材料制成的生物医学器械,涉及范围从永久植入体到诊断设备。所用材料的表面特性决定了这些器械与体液接触时的相互作用。从生物相容性的定义层面开始,材料的生物相容性就是一个非常复杂的问题。在某些应用中,材料应完全惰性,以防止任何相互作用发生;而在另一些应用中,则需要尽可能将材料与人体组织紧密结合在一起。材料的表面物理化学特性,如润湿性和表面粗糙度,对于优化蛋白质和细胞粘附、铺展和增殖至关重要。

表面润湿性与生物相互作用

当材料处于在生物环境中时,最先发生的反应是水分子吸附到其表面,这发生在最初的几纳秒内。第二阶段是蛋白质吸附,现如今的科学研究普遍认为,小分子蛋白质将首先附着,原因是它们可以被快速运送到材料表面。随着时间的推移,这些小分子蛋白质被较大的蛋白质所取代,这是因为大分子蛋白质与材料表面有更好的亲和力。反应的第三阶段则是细胞附着在材料表面上。

表面自由能与润湿性密切相关,而表面自由能则与材料表面的生物相互作用息息相关。因此,材料的表面润湿性是蛋白质吸附、细胞粘附的决定性因素。大量报道证明,具有中度亲水性的生物材料表面可促进细胞生长,具有较高的生物相容性。而材料表面非常亲水时,细胞的粘附反而会减少。因此,对材料的本体或者表面特性的修饰,都有可能发现一种表面自由能量恰好适合某种应用的新材料。

表面微结构和粗糙度决定细胞行为

所有的表面在某种程度上都是粗糙的。在一些生物医学应用中,表面微结构可用于改善材料-宿主响应机制。一些形貌因素,如大小、形状和几何排列,对细胞的粘附、迁移、排列和分化都有很大的影响。

已经开展了关于生物相容性和钛表面形貌的相关研究。钛及其合金常用作牙科和骨植入物,而钛植入物的生物相容性取决于成骨细胞粘附在钛表面的能力。钛的广泛使用不仅是由于材料本身的性质,其优异的表面修饰性能也是重要因素。

同时测量表面润湿性和表面粗糙度

除了影响细胞粘附和分化外,表面形貌也影响润湿性。众所周知,表面润湿性是表面化学和表面粗糙度的综合体现。

表面润湿性是通过接触角测量确定的。当接触角度低时,表面容易润湿。如果用于测量的液体是水,低接触角表示亲水材料,当接触角度较高时,该材料是疏水的。 Wenzel方程表明,表面粗糙度可能增强这一特性,即表面粗糙化能使亲水的表面更亲水,疏水的表面更疏水。

为了能够研究粗糙度对润湿性的影响,应同时测量表面粗糙度和接触角。要了解有关这些测量的更多内容,请通过下面的链接下载白皮书。

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点此处下载《表面粗糙度对润湿性的影响》

编者注 :此博客最初发布于 2015 11 24 日,已更新。

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