项目支持：重庆市教委科学技术研究项目，项目编号KJ1603008。
重庆工业职业技术学院校级项目，项目编号：GZY201505ZK。
摘要：通过特定技术手段，提高氧化钛材料表面的亲水性，是一种提高其表面血液相容性的有效途径之一。本论文简述了亲水性对氧化钛薄膜表面血液相容性影响，具有广阔的应用前景，也将会带来积极的巨大的经济效益。
关键词：亲水性；氧化钛材料；血液相容性
1 前言
二氧化钛具有许多独特的性质而被广泛应用于各种技术领域。在太阳光照射下，二氧化钛会产生较强的氧化能力和超亲水性能，因此，可以应用于污水处理、空气净化、太阳能利用、抗菌、防霉、自清洁等。近几十年来，氧化钛作为一种生物材料在生物材料领域中也得到了比较广泛的运用，越来越多的人对它进行了深入的研究。这类研究已经有了一定的理论和实践基础。在特定的环境，具有一定亲水性的二氧化钛薄膜，可以作为用于心血管系统的与血液直接接触的生物医学材料，如人工心脏瓣膜、人工血管及进入血管中的人工血管支架、导管等医用装置所用的二氧化钛涂层材料。作为生物材料使用的钛及钛合金，由于其表面自然形成一层比较薄的氧化钛薄膜而具有良好的生物相容性。由于自然形成的Ti-O薄膜很薄，且缺陷很多，因此其生物相容性并没有达到理想效果。研究发现增加Ti-O薄膜的厚度可以提高其血液相容性。因此，通过各种方法在材料表面合成一定厚度的氧化钛薄膜以提高材料血液相容性的工作已经展开。近几年，氧化钛表面羟基量的多少是一个热门话题，其羟基量的存在，影响着材料表面的亲水性，进而影响氧化钛表面的组织相容性和血液相容性。
2 氧化钛表面亲水性制备
目前，很多研究表面，热处理能增强二氧化钛表面的润湿性。热处理引起的超亲水性能可从以下几个方面进行解释。一是热处理的清洁作用。对二氧化钛薄膜进行更高温的退火处理时，会除去其表面的有机污染物、使二氧化钛裸露出表面，清洁的表面加快了水在二氧化钛表面的吸收；二是晶体结构的改变，二氧化钛表面的润湿性与其晶相有很大关系；三是表面化学成分发生变化，如表面羟基含量、Ti3+缺陷和氧缺陷的状态和位置关系。这种现象也是目前的研究热点。有研究表面，通过高温退火热处理的方式可以在二氧化钛晶体的（110）晶面上形成一定量的氧缺位和低价钛，这些位点就形成了化学活性位点，而二氧化钛表面低价钛的含量增加，可以提高其表面的亲水性能。黄楠[1]等人采用多种薄膜制备技术制备了一系列的TiO2-x薄膜，发现具有氧缺位的非化学计量比的TiO2-x薄膜其亲水性能明显比饱和的二氧化钛要低，且表现出较好的血液相容性。四是提高表面粗糙度。MacDonald[2]等人通过热处理提高了Ti6Al4V合金的表面粗糙度来增加材料表面的亲水性。高温退火热处理这个过程可以使薄膜原子获得足够多的能量，重新排列，进行表面迁移，薄膜的晶粒长大，结晶会更完整，而且表面缺陷会降低，晶格排列更规则，这使得其表面粗糙度会在一定程度增加，Wenzel公式[3]描述了材料表面粗糙度对其浸润行为的影响：当材料表面的接触角小于90°时，材料表面粗糙度越大则材料越亲水。这样有可能提高了薄膜表面的亲水性。自从这些理论被提出后，这方面的研究便吸引了大量研究者。Yoon等人[4]报道了具有纳米结构的二氧化钛薄膜的热致亲水性能。制备的二氧化钛薄膜与水的接触角表现为45°，当放入较高温度中热处理以后，其接触角会随着处理温度的增加而降低。当温度达到500℃以上，水滴便迅速在样品表面铺开，表现出超亲水性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这种方式制备的超亲水性，与用紫外光照得到的超亲水性比较，有着独特的优点，就是这种超亲水性能是永久性的，甚至放置时间超过三个月，接触角的大小仍然没有明显改变。这应该归因于高温热处理，改变了表面状态、表面粗糙度以及表面羟基的含量。
3 亲水性对血液相容性的影响
与亲水性表面相比，疏水表面发生蛋白吸附更快，吸附蛋白牢固，容易引起蛋白的构象变化，从而导致血栓的形成。相反，亲水性表面容易引起所吸附蛋白的解吸，从而降低了血栓发生的几率。当材料亲水性较好时，薄膜与血浆蛋白的界面张力较低，可降低蛋白在材料表面的吸附程度，并且亲水性表面容易优先吸附白蛋白[5]。当材料与血浆蛋白接触时，如果材料表面能的极性分量贡献越大，材料将表现出优先吸附白蛋白，而较少吸附纤维蛋白[6]，另一方面，亲水性对材料的抗凝血性能的影响也跟血液中纤维蛋白原的结构有关，纤维蛋白原的亲水基团位于外表面，亲水性材料有利于维持表面吸附纤维蛋白原的高级构象，因此其变性也可能被抑止，从而降低了血小板在薄膜表面的粘附与活化。因此，相对来说，亲水性表面具有更好的血液相容性。
4 总结
虽然氧化钛薄膜本身具有比热解碳优异的抗凝血性能以及良好的组织相容性，但并没有达到临床运用的理想状态，仍然会出现并发症，这就严重限制了其在临床上的使用。国内外研究均显示可以通过一定的方法获得亲水性能的氧化钛薄膜，并表现出优异的血液相容性。这将对心血管疾病的治疗起着积极的作用，很有可能成为这类疾病治疗的植入材料的候选者，因此该研究领域将具有广阔的应用前景，也将会带来积极的巨大的经济效益。
参考文献
[1]N.Huang,P.Yang,X.Cheng,et al．Blood compatibility of amorphous titanium oxide films synthesized by ion beam enhanced deposition．Biomaterials.1998,19:771-776．
[2]D.E.MacDonald，B.E.Rapuano，N.Deo et al．Thermal and chemical modification of titanium-aluminum-vanadium implant materials：effects on surface properties，glycoprotein adsorption，and MG63 cell attachment．Biomaterials．2004，25：3135-3146．
[3]T.N.Wenzel.Surface roughness and contact angle．Journal of Physical and Colloid Chemistry．1949，53：1466-1746．
[4]Park,J-J;Kim,D.Y;Latthe,S.S;Lee,J.G;Swihart,M.T;Yoon,S.S.ACS Appl.Mater.Interfaces 2013,5,6155.
[5]D.R.Lu，K.Park．Effect of surface hydrophobicity on the conformational changes of adsorbed fibrinogen．Journal of Colloid and Interface Science．1991，144（1）：271-281．
[6]S.J.Botha．Surface properties and bioaceptability of Ti2O3 surface．Materials Science & Engineering A243．1998：221-230.
论文作者:黄琼俭
论文发表刊物:《知识-力量》2019年9月31期
论文发表时间:2019/7/16
标签：表面论文; 相容性论文; 薄膜论文; 材料论文; 血液论文; 二氧化论文; 氧化钛论文; 《知识-力量》2019年9月31期论文;