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镍钛合金表面层层组装改性及其生物相容性研究

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摘要

镍钛合金(NiTi)由于具有良好的形状记忆效应、高耐腐蚀性、耐磨损性、超弹性和良好的生物相容性等性能,被作为医用材料广泛应用于临床口腔科、妇科、骨科、血栓滤器、心血管等领域。然而,Ni离子溶出及缺乏界面生物活性限制了NiTi合金在生物医用领域的应用。层层组装(LBL)技术是一种简单、便捷的NiTi合金表面改性的方法,本文旨在利用LBL技术在NiTi合金表面构建多层膜结构,以减少Ni离子释放,进一步提高其生物相容性。主要研究内容如下:
　　①利用过滤弧离子板技术在镍钛合金表面制备氮化钛(TiN)涂层,然后采用LBL技术,以聚乙烯亚胺(PEI)为引发层,在TiN修饰的NiTi合金表面构建硫酸葡聚糖/壳聚糖(DS/Chi)多层膜结构,并分别采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量色散光谱(EDS)、接触角以及电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)进行表征。实验结果表明:在TiN涂层修饰的NiTi合金表面成功构建DS/Chi多层膜结构,有效并降低了Ni离子释放量。同时,我们将成骨细胞接种在改性前后的NiTi合金表面,并检测成骨细胞的细胞增殖能力、细胞形态、碱性磷酸酶。结果表明:与单独TiN涂层的NiTi和未处理的NiTi相比,细胞在有DS/Chi多层膜结构和TiN涂层共修饰的NiTi合金表面,细胞数量相对较多,具有更高的生长活力(p<0.05),且具有更高的碱性磷酸酶活性(p<0.01),这表明NiTi合金材料表面的生物相容性得到了提高。
　　②利用LBL技术,以多巴胺为引发层,在NiTi合金表面构建明胶/壳聚糖/明胶/血管生长因子(Gel/Chi/Gel/VEGF)多层膜结构,并利用场发射扫描电镜(FE-SEM)、原子力显微镜(AFM)以及接触角进行表征。实验结果表明:在NiTi合金表面成功构建了Gel/Chi/Gel/VEGF多层膜结构。同时,进一步将人脐静脉内皮细胞(HUVECs)接种在改性前后的NiTi合金表面,并检测内皮细胞增殖、细胞形态、细胞迁移、一氧化氮(NO)释放量和前列环素(PGI2)分泌量。结果表明:与沉积有Gel/Chi多层膜结构的NiTi合金和未处理的NiTi合金相比,人脐静脉内皮细胞在沉积有Gel/Chi/Gel/VEGF多层膜结构的NiTi合金,具有更高的活力(p<0.05或p<0.01),细胞数量相对较多,且NO释放量更多(p<0.01), PGI2的分泌量也更多(p<0.05或p<0.01),这表明通过表面改性提高了NiTi合金材料的内皮细胞响应性。

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