《表面技术》专题策划：生物材料表面改性

【摘 要】:

从抗增殖药物的优化、赋形剂的创新、包衣方法的改进以及智能药物涂层球囊（DCB）这几方面进行了综述。介绍了紫杉醇（PTX）、西罗莫司及其衍生物这两种常用抗增殖药物的优缺点和未来优化方向，阐述了碘普罗胺、聚氧化乙烯（PEO）、柠檬酸酯、角糖（KOS）等作为赋形剂的作用机理和未来应用前景。然后对微吸管法、浸渍包衣法、刷涂法、喷涂法等包衣方法进行了概述，阐释了各自的优缺点。随后对智能响应技术和 DCB 相结合的技术进行简述，介绍了超声响应型、光驱动型、气体驱动型、活性氧（ROS）响应型及微针（MN）涂层等智能 DCB 的作用原理和潜在应用。最后，在上述基础上对 DCB 存在的问题进行了分析，对 DCB 的未来发展方向进行了展望。

【关键词】：药物涂层球囊；赋形剂；包衣方法；智能球囊；响应性；纳米马达

【摘 要】:

生物污染已成为一个影响全球的当代社会问题，它波及医疗、食品加工、环境保护等多个领域，并引发了严重的健康和环境安全隐患。近年来，蛋白质基涂层作为一种新兴的防污技术，受到了广泛关注。综述了生物污染在食品、生物医学和工业生产中的危害，并分析了蛋白质表面涂层策略在防止生物污染中的优势。具体包括，利用蛋白质特异性结构和功能团，通过自组装或化学修饰形成抗生物污染涂层；蛋白质与小分子复合，以增强抗菌能力；蛋白质与高分子材料结合，形成具有优异力学强度和化学稳定性的涂层。最后总结了蛋白质基防污涂层的优势及其未来面临的挑战。

【关键词】：生物污染；蛋白质；防污；涂层；表面改性

【摘 要】:

从生物学角度出发，分析探讨了导致血液接触材料失效的凝血与炎症机制，着重介绍了生物惰性涂层、生物活性涂层和仿生内皮化涂层的研究策略，并探讨了其临床应用前景。研究表明，生物惰性涂层可以通过抑制蛋白吸附和减少免疫排斥反应来延长材料的使用寿命；生物活性涂层则通过引入抗凝、抗炎及促内皮化等活性分子提升血液相容性；仿生内皮化涂层能够模仿天然内皮细胞及细胞微环境功能，促进材料表面内皮化并减少血栓形成。尽管这些涂层策略已取得显著进展，但涂层的稳定性及功能持久性仍存在挑战。未来的研究需进一步优化涂层设计方案，以实现多功能涂层在临床中的应用，特别是在心血管疾病治疗领域。

【关键词】：血液接触材料；表面改性涂层；凝血；炎症；仿生内皮化；血液相容性

【摘 要】:

镁基骨植入物是一种用于骨固定或骨修复的新型生物可降解材料。概述了骨植入器械临床需求，镁及其合金作为骨植入物的材料优势，以及镁基骨植入物的体内应用环境。同时，阐述了镁基骨植入物临床应用存在的问题，包括过快的降解速率和生物相容性问题。在此基础上，重点综述了近年来镁基骨植入物表面改性研究进展，按涂层功能分为耐腐蚀涂层（微弧氧化涂层、溶胶-凝胶涂层、水热涂层及低温等离子聚合涂层）、促骨自愈合涂层（骨愈合药物涂层、类骨生物活性物质涂层）、抗菌涂层（金属离子或氧化物涂层、抗菌药物涂层）、自修复涂层（自发式涂层、触发式涂层）及生物免疫性涂层（免疫活性物质涂层）等。针对各种功能的表面改性涂层，分别从制备方法、功能特性、作用机理、实验结果对比等方面进行归纳，并指出其存在的问题。最后，总结了镁基骨植入物表面改性面临的问题，并展望了未来的发展方向。

【关键词】：镁合金；骨植入物；表面改性；生物功能性

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【摘 要】:

目的 利用超声喷涂技术在宏观界面构建具有抗污、抗凝血功能的细胞膜涂层，以提高涂层制备过程的原料利用率、涂层的均匀性和稳定性。

方法 使用超声喷涂技术将制备的红细胞膜（EMs）逐层喷涂在基底界面，使用荧光显微镜、扫描电子显微镜、水接触角等验证红细胞膜涂层（EMC）的组装过程、涂层稳定性的影响因素和涂层在多种材料表面的稳定涂覆。并通过蛋白吸附实验、血小板黏附和半体内血液循环实验评价涂层的抗污性能和血液相容性。

结果 在膜蛋白质量浓度为 1 mg/mL 的条件下，约 30 μL/cm² 的喷涂量，可获得厚度约 500 nm 的红细胞膜涂层，并且随着红细胞膜喷涂量的增加，红细胞膜涂层厚度逐渐增加至 1~2 μm。由于超声喷涂时涉及液滴快速蒸发和膜成分融合的过程，分散介质的盐离子浓度以及基底界面的特性将影响涂层的稳定性。超纯水体系有助于避免盐结晶行为对膜融合的阻碍。加热基底有助于加快喷涂速率，抑制不均匀的咖啡环结构。此外，富含官能团的亲水界面可以有效促进微液滴的融合和铺展，提高涂层的稳定性。优化工艺后，利用超声喷涂技术可在无机、金属和多种聚合物基材表面形成稳定的红细胞膜涂层，在基底表面形成水接触角 34°的亲水性涂层。蛋白吸附实验表明，制得的红细胞膜涂层具有良好的抗污性能。血液相容性实验表明，红细胞膜涂层可有效减少血小板的黏附和激活以及材料表面血栓形成。

结论 超声喷涂技术可在多种材料表面形成可控、均匀和稳定的红细胞膜涂层，赋予材料表面良好的抗污、抗凝血性能。

【关键词】：超声喷涂；细胞膜涂层；红细胞膜；抗污界面；血液相容性；表面改性

【摘 要】:

目的 避免导尿管引起的细菌感染与摩擦损伤。

方法 开发一种简单的主被动结合的基于甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱（SBMA）亲水两性离子材料和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）阳离子材料的聚合物刷抗菌涂层策略。通过紫外光引发接枝方法，一步聚合 SBMA 单体与 DMC 单体形成混合的PSBMA/DMC 聚合物刷涂层，并调控聚合单体溶液中 SBMA 与 DMC 的摩尔比，制备不同类型的PSBMA/DMC 聚合物刷涂层。通过表面水接触角测试、AFM 摩擦测试、蛋白质黏附测试与细菌黏附测试等分别表征对比各聚合物刷涂层的润湿性、润滑性、抗蛋白黏附性及抗菌效果。

结果 在 PSBMA/DMC 涂层中，SBMA 含量越高，表面润湿性越强，表面润滑性越强。在只含有 SBMA 的 PSBMA/DMC-100 聚合物刷涂层表面，细菌的黏附量下降了 96.1%，但黏附的少量细菌均为活细菌，这对于其长效抗菌性的实现是不利的。SBMA 占比 25%，DMC 占比 75%的 PSBMA/DMC-25 混合聚合物刷涂层能通过结合主被动抗菌策略实现良好的抗菌效果，细菌黏附量下降了 92%，且黏附的细菌全部死亡，这使其具有长效抗菌的潜力。

结论 两性离子与阳离子材料混合的聚合物刷涂层制备过程简单，结合主被动抗菌策略，兼顾表面润滑特性和抗菌性能，有望解决导尿管面临的细菌感染以及摩擦损伤问题，并在相关医疗器械表面涂层领域中具有潜在的应用前景。

【关键词】：导尿管；抗菌；润滑；聚合物刷；两性离子；阳离子

【摘 要】:

目的 制备具有各向异性拓扑结构的聚己内酯（PCL）-丝素蛋白（SF）/去铁胺（DFO）复合功能支架，定向诱导神经再生。

方法 首先通过静电纺丝技术制备各向异性 PCL-SF 支架，然后通过多巴胺（DA）

对复合支架进行修饰，并接枝 DFO 形成 PCL-SF/DFO 功能化复合支架。对支架进行一系列表征和成分分析，之后通过 MTT 探讨支架的细胞毒性。培养施万细胞（SCs）和内皮细胞（ECs）验证细胞活力，并进行免疫荧光染色，研究 SCs 和 ECs 在支架上的行为。最后通过 RT-qPCR 试验探讨相关的分子机制。

结果 力学性能和亲水性测试表明，复合支架的杨氏模量和亲水性得到提升。通过生物学评价发现，支架可协同各向异性拓扑性结构和 DFO，促进 SCs 和 ECs 的增殖，有效引导细胞定向生长。最后 RT-qPCR 表明，该功能化复合支架可使神经再生的相关基因 YAP、Cntn2 和促进血管化的关键基因 VEGF 的 mRNA 表达水平上调。

结论 该支架可通过各向异性拓扑结构对 SCs 和 ECs 细胞的增殖及定向生长的行为进行调控，同时协同 DFO促进神经损伤处血管化，从而加速周围神经再生。

【关键词】：周围神经再生；静电纺丝；DFO；血管化；各向异性拓扑结构

【摘 要】:

目的 解决目前临床应用的钛合金植入物功能性欠佳的问题，既利用钛合金的力学性能优势，又发挥镁基金属的生物活性作用，把镁基金属的应用拓展到承力部位，为理想骨植入材料提供一种新的选择。

方法 采用真空蒸镀技术在钛合金表面制备镁涂层，采用模拟软件结合实验的方法，利用 COMSOLMultiphysic 软件模拟真空蒸镀法在钛合金基体上制备纯镁涂层，结合涂层沉积实验，研究不同蒸发温度、沉积时间和基体表面温度对镁涂层质量的影响，利用模拟结果设计实验，并进行优化，对涂层的表面形貌、浸润性、可降解性、抗菌性进行实验分析。

结果 在钛合金基体表面制备的纯镁涂层靠近蒸发材料中心轴的表面部分沉积的涂层较厚，涂层厚度由中心轴向四周逐渐减小，最厚部位比最薄部位厚约 13.6%；在影响涂层厚度的 3 个因素中，材料蒸发温度的影响最大；在 700 ℃下制备的涂层的表面颗粒分布均匀，涂层表面平整度最高，且其接触角大于 90°，表现为疏水性，在该温度下体外降解速率最低，材料抗菌率>90%。

结论 采用真空蒸镀技术可在钛合金基体表面获得纯镁涂层，该涂层提高了钛合金基材的生物活性，其降解产生的碱性环境具有抗菌性，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有较强的杀灭作用，有望提高植入材料的稳定性，解决术后感染问题。

【关键词】：钛；镁涂层；模拟；真空蒸镀；抗菌

【摘 要】:

目的 赋予医用钛表面 pH 响应性的抗菌功能。

方法 采用阳极氧化首先在纯钛表面制备二氧化钛纳米管（TNTs），随后超声沉积聚多巴胺层（PDA），再通过化学接枝法将没食子酸和银离子的络合物装载在纳米管表面，制备纯钛表面载银二氧化钛纳米管。通过 SEM、XRD、FTIR、XPS 对涂层的形貌及成分进行分析，并对涂层在不同 pH 条件下银离子的释放行为及抗菌能力进行评价。

结果 TNTs-PDA-Ag 样品具有良好的多孔结构，管径缩小至 60 nm，实现了银离子的有效装载，表面 Ag 的原子数分数约为 2.9%，C 的原子数分数（69.13 %）相对于 TNTs-PDA 的原子数分数（37.09 %）明显增加。经体外矿化，TNTs-PDA- Ag 表面形成了 HA（羟基磷灰石）。涂层在不同 pH 的磷酸盐缓冲溶液中表现出差异性的 Ag⁺释放速率，在 pH 为4.5 的环境中浸泡至 7 d 时，银离子释放速度和释放比例（97.65%）相对于中性条件下均得到明显提高。在抗菌实验中，Ag⁺的释放浓度在 5.56~13 μmol/L 之间，对大肠杆菌具有明显的抑菌作用。

结论 制备的载银二氧化钛纳米管涂层可以有效提高材料的骨生物相容性，具有一定的 pH 响应性抗菌功能，在医用钛表面有较大的应用潜力。

【关键词】：医用钛；二氧化钛；聚多巴胺；没食子酸；银离子；pH 响应