表面沉積薄膜的鐵基支架材料與生物機(jī)體相互作用研究.pdf

1、為了提高鐵基支架材料的降解速率、改變材料的力學(xué)性能及增強(qiáng)其生物相容性，研究者們通過(guò)添加金屬元素形成合金、變化鍛制方法改變材料的微結(jié)構(gòu)、添加其他成分改變鐵基材料的化學(xué)構(gòu)成，或通過(guò)表面改性改變純鐵表面結(jié)構(gòu)狀態(tài)等方式，采用體外、體內(nèi)的評(píng)估手段來(lái)評(píng)價(jià)鐵基支架材料的降解速率的快慢和生物相容性的好壞。無(wú)論是采取何種改進(jìn)方式，在鐵基支架材料表面形成內(nèi)皮細(xì)胞層是改善血液相容性、細(xì)胞相容性，保持鐵基支架材料遠(yuǎn)期療效最理想的途徑。本論文通過(guò)對(duì)鐵基支架材料表

2、面進(jìn)行改性，目的是促進(jìn)鐵基支架材料表面的血管內(nèi)皮化。
　　首先，本論文利用非平衡磁控濺射方法在單晶硅表面沉積純鐵薄膜和鐵氧薄膜，對(duì)純鐵材料進(jìn)行表面改性。文章系統(tǒng)研究了純鐵薄膜和鐵氧薄膜的表面粗糙程度、親疏水性能、化學(xué)成分及晶型等材料學(xué)特征，并對(duì)兩種薄膜進(jìn)行血液相容性和細(xì)胞相容性研究。
　　1、采用非平衡磁控濺射沉積薄膜的方法在單晶硅表面制備的純鐵薄膜，其表面光滑、平整，晶粒為立方晶型，屬納米級(jí)別，親水性良好;采用同樣方法制備

3、的鐵氧薄膜，其表面結(jié)構(gòu)致密，無(wú)顯著突起，納米晶粒尺寸，屬于斜方晶型，以Fe2O3相為主，其表面的親水性能優(yōu)于純鐵薄膜的親水性。
　　2、兩種薄膜的血液相容性通過(guò)電鏡方法、凝血時(shí)間檢測(cè)進(jìn)行評(píng)估。電鏡樣品制備時(shí)，血小板的固定方法影響可降解鐵基支架材料的血液相容性的正確評(píng)價(jià)，比較戊二醛與無(wú)水乙醇兩種固定方法，結(jié)果表明無(wú)水乙醇更適合可降解鐵基支架材料的血液相容性研究。經(jīng)綜合分析后得出，兩種薄膜均具備較好的血液相容性。
　　3、薄膜的

4、細(xì)胞相容性利用CCK-8試劑盒、羅丹明染色、吖啶橙/碘化丙啶染色、流式細(xì)胞儀四種方法分別進(jìn)行檢測(cè)。綜合分析表明，吖啶橙/碘化丙啶染色與流式細(xì)胞儀分析相結(jié)合的方法更適合可降解材料生物相容性的檢測(cè)與分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，純鐵薄膜、鐵氧薄膜表面均利于內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的粘附、生長(zhǎng)和增殖。與不銹鋼相比，兩種薄膜表面的細(xì)胞貼壁較快，鋪展良好，具有較好的細(xì)胞相容性。兩種薄膜相比，純鐵薄膜具備更好的內(nèi)皮細(xì)胞相容性，鐵氧薄膜具備更好的平滑肌細(xì)胞相容性。

5、
　　其次，本論文利用非平衡磁控濺射方法在純鐵支架上沉積純鐵薄膜，并將植入了沉積純鐵薄膜的鐵基支架的動(dòng)脈粥樣硬化血管在生物反應(yīng)器中進(jìn)行體外應(yīng)力培養(yǎng)，以研究沉積純鐵薄膜的鐵基支架材料與生物機(jī)體的相互作用關(guān)系。
　　1、為了能夠在體外進(jìn)行血管器官培養(yǎng)，本課題組設(shè)計(jì)并定制了血管生物反應(yīng)器，對(duì)其運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析并進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試。分析結(jié)果得出，在系統(tǒng)可提供流量范圍0.33～4.67 cm3/s的條件下，系統(tǒng)可提供最小剪切力0.08 P

6、a，最大剪切力70.51Pa。為保證該系統(tǒng)的灌流液為層流狀態(tài)，在培養(yǎng)腔入口端輸入管長(zhǎng)度為18 cm條件下，最大流量不可超過(guò)4.36 cm3/s。正交實(shí)驗(yàn)極差分析得出，收縮壓與舒張壓的壓差受脈動(dòng)發(fā)生器運(yùn)行的行程這一因素影響最大。利用硅橡膠代替兔頸總動(dòng)脈血管在生物反應(yīng)器中動(dòng)態(tài)應(yīng)力培養(yǎng)15天，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，灌流系統(tǒng)中4個(gè)通道間的平行性良好，可同時(shí)培養(yǎng)多根血管。通過(guò)模擬新西蘭大白兔的血壓與心跳，兔頸總動(dòng)脈在生物反應(yīng)器中體外應(yīng)力培養(yǎng)3天，電鏡與H

7、E染色方法來(lái)觀測(cè)培養(yǎng)前、后血管結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示，培養(yǎng)前與培養(yǎng)3天后的血管結(jié)構(gòu)完整，內(nèi)皮細(xì)胞依然存在，形態(tài)沒(méi)有發(fā)生變化，說(shuō)明生物反應(yīng)器模擬在體的程度較高。
　　2、采用激光微細(xì)切割機(jī)制備直徑為1.65 mm的純鐵材料血管支架，并在其表面利用非平衡磁控濺射沉積純鐵薄膜。光鏡、電鏡結(jié)果顯示，除在支架彎折處有拋光過(guò)度引起的腐蝕坑點(diǎn)外，其他部分的薄膜表面較為光滑、平整。利用支架球囊撐開(kāi)沉積純鐵薄膜的鐵基支架并電鏡觀測(cè)，厚度約為14～16nm的

8、純鐵薄膜與純鐵基底之間未發(fā)現(xiàn)薄膜剝離現(xiàn)象。
　　3、本文利用血管生物反應(yīng)器體外應(yīng)力培養(yǎng)植入支架的動(dòng)脈粥樣硬化兔頸總動(dòng)脈血管，在器官水平上研究沉積純鐵薄膜的鐵基支架與生物機(jī)體之間的相互作用關(guān)系。通過(guò)對(duì)應(yīng)力培養(yǎng)后兔頸總動(dòng)脈血管其免疫組化切片的VEGFR-2、VE-cadherin、α-SMA、TNF-α、IL-1、TGF-β和IL-6等7項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行平均光密度統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明植入沉積純鐵薄膜鐵基支架的血管具有良好的內(nèi)皮細(xì)胞增殖趨勢(shì)和內(nèi)