表面沉积薄膜的铁基支架材料与生物机体相互作用研究

发布时间：2020-03-09 20:51

【摘要】：为了提高铁基支架材料的降解速率、改变材料的力学性能及增强其生物相容性,研究者们通过添加金属元素形成合金、变化锻制方法改变材料的微结构、添加其他成分改变铁基材料的化学构成,或通过表面改性改变纯铁表面结构状态等方式,采用体外、体内的评估手段来评价铁基支架材料的降解速率的快慢和生物相容性的好坏。无论是采取何种改进方式,在铁基支架材料表面形成内皮细胞层是改善血液相容性、细胞相容性,保持铁基支架材料远期疗效最理想的途径。本论文通过对铁基支架材料表面进行改性,目的是促进铁基支架材料表面的血管内皮化。首先,本论文利用非平衡磁控溅射方法在单晶硅表面沉积纯铁薄膜和铁氧薄膜,对纯铁材料进行表面改性。文章系统研究了纯铁薄膜和铁氧薄膜的表面粗糙程度、亲疏水性能、化学成分及晶型等材料学特征,并对两种薄膜进行血液相容性和细胞相容性研究。1、采用非平衡磁控溅射沉积薄膜的方法在单晶硅表面制备的纯铁薄膜,其表面光滑、平整,晶粒为立方晶型,属纳米级别,亲水性良好；采用同样方法制备的铁氧薄膜,其表面结构致密,无显著突起,纳米晶粒尺寸,属于斜方晶型,以Fe203相为主,其表面的亲水性能优于纯铁薄膜的亲水性。2、两种薄膜的血液相容性通过电镜方法、凝血时间检测进行评估。电镜样品制备时,血小板的固定方法影响可降解铁基支架材料的血液相容性的正确评价,比较戊二醛与无水乙醇两种固定方法,结果表明无水乙醇更适合可降解铁基支架材料的血液相容性研究。经综合分析后得出,两种薄膜均具备较好的血液相容性。3、薄膜的细胞相容性利用CCK-8试剂盒、罗丹明染色、吖啶橙/碘化丙啶染色、流式细胞仪四种方法分别进行检测。综合分析表明,吖啶橙/碘化丙啶染色与流式细胞仪分析相结合的方法更适合可降解材料生物相容性的检测与分析。实验结果显示,纯铁薄膜、铁氧薄膜表面均利于内皮细胞和平滑肌细胞的粘附、生长和增殖。与不锈钢相比,两种薄膜表面的细胞贴壁较快,铺展良好,具有较好的细胞相容性。两种薄膜相比,纯铁薄膜具备更好的内皮细胞相容性,铁氧薄膜具备更好的平滑肌细胞相容性。其次,本论文利用非平衡磁控溅射方法在纯铁支架上沉积纯铁薄膜,并将植入了沉积纯铁薄膜的铁基支架的动脉粥样硬化血管在生物反应器中进行体外应力培养,以研究沉积纯铁薄膜的铁基支架材料与生物机体的相互作用关系。1、为了能够在体外进行血管器官培养,本课题组设计并定制了血管生物反应器,对其运行参数进行分析并进行稳定性测试。分析结果得出,在系统可提供流量范围0.33-4.67 cm3/s的条件下,系统可提供最小剪切力0.08 Pa,最大剪切力70.51 Pa。为保证该系统的灌流液为层流状态,在培养腔入口端输入管长度为18 cm条件下,最大流量不可超过4.36cm3/s。正交实验极差分析得出,收缩压与舒张压的压差受脉动发生器运行的行程这一因素影响最大。利用硅橡胶代替兔颈总动脉血管在生物反应器中动态应力培养15天,实验结果表明,灌流系统中4个通道间的平行性良好,可同时培养多根血管。通过模拟新西兰大白兔的血压与心跳,兔颈总动脉在生物反应器中体外应力培养3天,电镜与HE染色方法来观测培养前、后血管结构,结果显示,培养前与培养3天后的血管结构完整,内皮细胞依然存在,形态没有发生变化,说明生物反应器模拟在体的程度较高。2、采用激光微细切割机制备直径为1.65 mm的纯铁材料血管支架,并在其表面利用非平衡磁控溅射沉积纯铁薄膜。光镜、电镜结果显示,除在支架弯折处有抛光过度引起的腐蚀坑点外,其他部分的薄膜表面较为光滑、平整。利用支架球囊撑开沉积纯铁薄膜的铁基支架并电镜观测,厚度约为14-16 nm的纯铁薄膜与纯铁基底之间未发现薄膜剥离现象。3、本文利用血管生物反应器体外应力培养植入支架的动脉粥样硬化兔颈总动脉血管,在器官水平上研究沉积纯铁薄膜的铁基支架与生物机体之间的相互作用关系。通过对应力培养后兔颈总动脉血管其免疫组化切片的VEGFR-2、VE-cadherin、a-SMA、 TNF-α、IL-1、TGF-β和IL-6等7项指标进行平均光密度统计分析,结果表明植入沉积纯铁薄膜铁基支架的血管具有良好的内皮细胞增殖趋势和内皮细胞再生能力,平滑肌的生长受到抑制,炎症响应较小,说明沉积纯铁薄膜的铁基支架具有较好的抑制炎症的能力。本论文的研究结果为可降解铁基支架材料与生物相容性研究方法的优化,保障可降解铁基支架材料在体内的安全使用提供依据。
【图文】：

有鹤浓度非常高（＞５０ｍｇ／Ｌ）才会导致局部细胞毒性。然而，鹤降解相当慢（２９ｍｇ／ｄ）逡逑所以鹤材料可能仅适用于非常小体积的植入应用。另外，除了镁基的块体金属玻逡逑璃之外，妈基，银基，和锋基的块体金属玻璃也被^u发为可生物降解的金属材料逡逑１．３铁基支架材料的国内外研究现状逡逑基于可降解生物材料血管支架特性要求，加之续、铁元素在体内的重要生理作用逡逑⑵，使得这两种材料成为研究热点。科学工作者在儿科医学、整形外科医学、心血逡逑管应用等方面开展了这两类可降解金属生物材料的研究目前研究的可逡逑降解金属支架材料包括纯镁材料、镁合金材料，纯铁材料和铁合金材料。纯镁和镁合逡逑金材料的耐烛性较差，在含有氯离子的腐烛环境中其腐烛速率更快（１０？２００邋ｍｍ／ａ）逡逑■，植入３个月时就完全降解，从而纯镁和镁合金材料血管支架失去对血管壁的有效逡逑支撑作用［２１］。同时，，铁支架的研究也在进行，但铁支架的降解问题与续的恰好相反，逡逑部分学者认为其降解速率较慢（０．１６邋ｍｍ／ａ）邋因此，在过去的十年中，可降解金属逡逑得到了广泛的研究，包括合金元素的选择，微结构和机械性能的调整，生物降解机制逡逑和其影响因素，降解速率、离子释放行为的控制，并在体外和体内可降解金属材料的逡逑生物相容性等方面的研究都做了大量的工作。

显的病理性异常改变。逡逑２０１２年，美国ＰｉｅｒｓｏｎＤ．［⑶报道了一种简单的支架材料生物可吸收行为的体内评逡逑价结果，如图１－２＠所示，即包裹在鼠动脉壁细胞外基质中的铁丝２２天即可产生大量逡逑降解产物，而与血管腔内血液接触的铁丝降解速率相对慢了许多，在９个月时只有轻逡逑
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.08;TB43


本文编号：2585908