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随着医学研究的发展，用植入体替代或支持缺失的生物结构已经成为惯例。
生物材料的表面经常被设计和调整，以调节其物理和化学性质，改善每种应用中生物材料的功能。根据所需的最终用途和功能，可以由包括钛、不同的塑料，硅酮或磷灰石等多种不同材料制造。
所有材料的共同之处在于它们必须是生物相容的，这通常通过不同的表面处理或添加涂层来实现。我们提供多种仪器帮助您设计、制造、表征和评价生物材料的表面特性和性能。
历史上，医疗器械通常由直接放置在体内的各种金属制成。 近年来，经常使用不同的涂层来改善医疗装置的生物相容性。 除了基本的生物相容性，其它所需的性质如对各种刺激的响应性、药物传输能力和抗菌品质等，也可以在这些生物材料涂层中进行调整。
聚合物是一类对生物医学和生物学应用的表面涂层都非常有吸引力的材料。 聚合物不仅表现出良好的生物相容性，它们还使药物传输成为可能。聚合物可以容易地进行表面修饰，并且在不再需要时，它们可以随时间降解。 在可用聚合物的范围内，聚电解质多层膜提供了许多独特的可能性来创建具有期望性质的表面涂层，因而被大量应用于生物材料中。 这些涂层也可以被修饰用于释放药物或活性肽。对温度、pH和离子强度的变化具有响应的聚合物刷也很受欢迎。
聚电解质多层膜是通过聚阳离子和聚阴离子的层层组装生成的。 使用浸渍机的层层组装技术不仅被证明是聚电解质沉积的优秀方法，而且还可以将无机颗粒或活性生物分子沉积在生物材料表面，具有涂覆复杂表面的优势。
采用层层组装沉积将羟基磷灰石和TiO 2纳米颗粒固定在聚甲基丙烯酸甲酯PMMA上，建立了一种简单而快速的非热涂层方法（ACS Appl.Mater.and Interfaces 2016,8,35565-35577）。 在另一项研究中，使用层层组装沉积在玻璃基底上沉积厚度为25-70nm的多孔纤维素纳米晶体和聚（乙烯醇）CNC / PVA纳米复合材料膜（ACS Appl. Mater. and Interfaces 2014,6，12674-12683）。
QCM-D技术通常用于监测和表征聚合物刷以及聚电解质多层膜的构建和响应。可以根据吸附速率、膜厚度和刚性等实时表征聚电解质多层膜的逐层构建, 也可以对随后在膜上的相互作用包括交联、溶胀、钙化、药物传输和细胞粘附等进行表征。
由于生物材料与生物环境相结合以替代或改善器官或其他身体功能，生物材料或医疗装置的性能和生物相容性强烈依赖于生物材料表面与其生理环境之间的相互作用。
可以通过接触角测量来研究生物材料的生物相容性以表征细胞在生物材料上的粘附。 小的水接触角和高表面自由能表明材料具有良好的粘附性能。表面粗糙度也会影响生物材料-细胞之间的相互作用。
生物相容性和润湿性也对隐形眼镜的发展起着重要作用，其中舒适镜片需要良好的润湿性。
QSense QCM-D能够根据表面与生理环境之间相互作用的特性评价生物相容性，回答有关蛋白质吸附量、细胞附着于不同材料的程度、表面诱导免疫响应以及如何修改材料的表面以优化其功能等问题。 因此它是探索、表征和优化生物材料特性的有效工具。
当在粗糙的生物材料表面上测量接触角时，应考虑表面粗糙度。 钛是骨植入应用中常用的金属。 一定程度的孔隙度对于骨整合是有利的，因此，测量表面粗糙度是生物材料开发中的常规工作。粗糙度校正接触角的测量可以将粗糙度对接触角值的影响分离开。
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样品 |
Sdr |
测得接触角 (°) |
校正接触角 (°) |
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Ti 1 |
22 |
96 |
95 |
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Ti 2 |
41 |
107 |
102 |
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Ti 3 |
65 |
103 |
98 |
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Ti 4 |
78 |
110 |
101 |
隐形眼镜的润湿性是透镜在其表面上支持连续和抗破裂泪膜的能力的量度。 具有有限润湿性的透镜不舒服，且视觉性能下降。利用不同类型的涂层来改善镜片的质量。
通过静态和动态接触角测量评价隐形眼镜的润湿性能。 通常使用气泡捕捉法测量，因为它可以模仿眼睛的状况，保持镜片表面上完全水合的状态。 后退角模拟的是当眼睑打开并且泪膜开始在镜片上破裂时的情况。 另一方面，前进角模拟的是当眼睑闭合并且镜片上的泪膜开始恢复时的情况。
当生物材料或医疗器械放置在体内时，蛋白质几乎立即开始吸附到表面。在某些情况下，如整形外科植入体，由于蛋白质可以促进细胞的附着使得植入体有机结合，这种吸附是有益的。 在其他情况下，例如支架，因为某些蛋白质特别是纤维蛋白原的吸附可能引起血小板结合和随后的血栓形成或免疫反应，蛋白质吸附通常是不利的。 蛋白质的构象也可能决定一个表面的活性及其可能伴随的生物学反应。根据具体应用，可以对材料表面进行修饰来促成期望的效果。
QCM-D技术能够实时分析蛋白质在各种表面上的吸附情况。 具体而言，可以分析结合的蛋白质的量以及吸附速率。 也可以从耗散响应中推断出构象信息，特别是当蛋白质具有伸展的形状时。 这有助于筛选新的医疗器械材料和表面修饰，并有助于了解蛋白质的吸附机制。
细胞与生物材料表面的粘附可能是调节其生物相容性和整合的主要因素。 例如，成骨细胞和成纤维细胞的粘附可以促进组织修复和伤口愈合。细胞粘附依赖于表面性质，例如表面能、粗糙度和吸附在表面上的蛋白质。
QCM-D技术提供了一种独特的方式来监测细胞，无论是在初始细胞粘附过程中，还是在细胞铺展过程和实时形态学过程中。 QSense窗口模块可同时进行QCM-D和光学显微镜研究，可将细胞的形态变化和粘弹性特性关联起来。
生物材料在骨结构内的整合或固定是实现成功植入的关键步骤。 植入失败的主要原因之一是生物材料对骨的固定不良。为了增强植入体的固定，磷酸钙（CaP）生物陶瓷涂层被用作植入体和周围组织之间的生物活性界面。 这些涂层可以在聚电解质多层膜上制备，表面经修饰后可诱导CaP的晶体成核和受控生长。该方法具有可应用于复杂形状和多孔材料的优点。
QCM-D可用于实时监测生物矿化的速度和程度，以了解生物矿化机制并调整聚电解质多层膜的功能。
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