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钛氧薄膜表面等离子体浸没氨基化及Ln固定研究

作　者: 喻倩
导　师: 陈俊英
学　校: 西南交通大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 钛氧薄膜氨基等离子体浸没离子注入(PIII) 层粘连蛋白内皮细胞
分类号: R318.08
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文采用非平衡磁控溅射沉积技术在硅基底上制备了锐钛矿型钛氧(Ti-O)薄膜,并采用氨气作为注入气体,对其进行氨等离子体浸没离子注入处理,在Ti-O薄膜表面引入氨基基团。本文在前期工作的基础上优化注入工艺,分别改变脉宽、频率、注入电压以及注入时间等参数,研究注入参数的改变对表面氨基量的影响。采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、荧光标记氨基法和X射线光电子能谱(XPS)等技术对注入前后的样品进行表面形貌、化学成分以及氨基相对含量进行分析。随后将氨等离子体浸没离子注入获得的氨基与硅烷化的氨基做比较。在此基础上,在氨基量相对较多的Ti-O薄膜表面固定细胞外基质成分中的重要生物分子层粘连蛋白(Ln)。最后通过体外人脐静脉血管内皮细胞(HUVEC)原代培养实验评价Ti-0薄膜、氨注入处理的Ti-O薄膜以及固定生物分子Ln后的Ti-O薄膜表面的内皮细胞相容性,采用光学显微镜观察细胞形态。接触角结果显示,注入后的Ti-O薄膜较之未处理的Ti-O薄膜接触角有所增加。氨基的荧光染色和XPS结果显示经过注入处理后可在Ti-O薄膜表面引入氨基基团-NH2,随着注入参数的调整,样品表面注入的氨基量也不同。SEM及AFM结果显示注入后的Ti-O薄膜表面粗糙度增加。免疫荧光染色结果显示在经过注入处理的Ti-O薄膜表面成功地固定了Ln。体外人脐静脉内皮细胞培养实验结果表明,Ti-O薄膜本身具有一定的内皮细胞相容性,经过氨等离子注入后的Ti-O薄膜对细胞生长有良好的促进作用,在经过注入处理的Ti-O薄膜表面固定Ln能进一步促进内皮细胞的生长。以上试验结果表明,离子注入可以在Ti-O薄膜表面引入功能基团氨基,并且随着脉宽、频率、注入电压以及注入时间等参数的改变,其氨基量会随之变化。同时,离子注入可以改变薄膜表面的亲水性、粗糙度等性质。另外,在具有氨基基团的Ti-O薄膜表面固定Ln对内皮细胞的生长有良好的促进作用。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-13
第1章绪论  13-25
  1.1 生物医用材料  13-15
    1.1.1 生物医用材料的概念  13
    1.1.2 生物医用材料的分类与性能要求  13-15
    1.1.3 生物医用材料发展以及应用要求  15
  1.2 生物医用材料的表面改性  15-16
    1.2.1 表面形态改性  16
    1.2.2 物理化学改性  16
    1.2.3 生物化改性  16
  1.3 材料表面生物化修饰层构建方法  16-19
    1.3.1 层层自组装  16-17
    1.3.2 辐射接枝技术  17
    1.3.3 电化学法  17-18
    1.3.4 化学偶联接枝  18-19
    1.3.5 材料表面引入官能团  19
  1.4 材料表面官能团化研究现状分析  19-22
    1.4.1 羟基基团的引入  20
    1.4.2 羧基基团的引入  20-21
    1.4.3 氨基基团的引入  21-22
  1.5 本论文的研究目的及意义  22-23
  1.6 本论文的研究内容与技术路线  23-25
    1.6.1 论文主要研究内容  23-24
    1.6.2 论文的技术路线  24-25
第2章钛氧薄膜制备及表征  25-35
  2.1 非平衡磁控溅射原理  25
  2.2 Ti-O薄膜的制备  25-26
  2.3 样品的表征  26-30
    2.3.1 接触角测量以及表面能以及极性、色散分量计算  26-28
    2.3.2 X射线衍射能谱(XRD)  28
    2.3.3 X射线光电子能谱(XPS)  28-29
    2.3.4 扫描电子显微镜(SEM)  29-30
    2.3.5 原子力显微镜(AFM)  30
  2.4 结果与分析  30-34
    2.4.1 Ti-O薄膜的接触角测量以及表面能计算  30-31
    2.4.2 XRD结果  31
    2.4.3 XPS结果  31-32
    2.4.4 SEM结果  32-33
    2.4.5 AFM结果  33-34
  2.5 小结  34-35
第3章钛氧薄膜表面羟基化  35-49
  3.1 Ti-O薄膜表面酸活化原理  35
  3.2 实验仪器及试剂  35-36
  3.3 实验步骤  36-37
    3.3.1 样品准备及清洗  36
    3.3.2 强酸处理  36
    3.3.3 碱处理  36
    3.3.4 磷酸处理  36-37
  3.4 样品表面表征  37
  3.5 实验结果及分析  37-45
    3.5.1 强酸处理  37-39
    3.5.2 碱处理  39-40
    3.5.3 磷酸处理  40-45
  3.6 接枝偶联剂  45-48
    3.6.1 偶联的原理  45-46
    3.6.2 偶联的工艺  46-48
  3.7 小结  48-49
第4章 Ti-O薄膜表面氨等离子体浸没离子注入处理  49-72
  4.1 等离子体浸没离子注入原理  49-50
  4.2 Ti-O薄膜表面氨基的检测及其原理  50-51
    4.2.1 氨基定性方法  50
    4.2.2 氨基定量方法  50-51
  4.3 脉宽对Ti-O薄膜表面氨基注入剂量的影响  51-56
    4.3.1 注入工艺  51
    4.3.2 实验结果及分析  51-56
  4.4 频率对Ti-O薄膜表面氨基注入剂量的影响  56-60
    4.4.1 注入工艺  56
    4.4.2 实验结果及分析  56-60
  4.5 注入时间对Ti-O薄膜表面氨基注入剂量的影响  60-63
    4.5.1 注入工艺  60
    4.5.2 实验结果及分析  60-63
  4.6 注入电压对Ti-O薄膜表面氨基注入剂量的影响  63-67
    4.6.1 注入工艺  63-64
    4.6.2 实验结果及分析  64-67
  4.7 离子注入和硅烷化样品表面氨基量的比较  67-68
  4.8 Ti-O薄膜表面注入处理后表面形貌以及结构分析  68-70
    4.8.1 Ti-O薄膜注入前后的SEM结果  68
    4.8.2 Ti-O薄膜注入前后的AFM结果  68-70
    4.8.3 Ti-O薄膜注入前后XRD结果比较  70
  4.9 小结  70-72
第5章 Ti-O薄膜表面生物大分子的固定  72-77
  5.1 实验仪器及试剂  73
    5.1.1 实验仪器及器皿  73
    5.1.2 实验试剂  73
  5.2 层粘连蛋白固定工艺  73
  5.3 结果与分析  73-76
    5.3.1 Ti-O薄膜表面蛋白固定前后亲水性表征  73-74
    5.3.2 Ti-O薄膜表面固定蛋白前后FTIR表征  74-75
    5.3.3 Ti-O薄膜表面蛋固定前后免疫荧光染色表征  75-76
  5.4 小结  76-77
第6章原代人脐静脉内皮细胞体外培养试验  77-85
  6.1 实验所用仪器及试剂  77
    6.1.1 所用仪器及器皿  77
    6.1.2 实验所需试剂  77
  6.2 实验原理及步骤  77-80
    6.2.1 实验原理  77-78
    6.2.2 实验步骤  78-80
  6.3 实验结果及分析  80-84
    6.3.1 内皮细胞鉴定  80-81
    6.3.2 内皮细胞培养结果  81-83
    6.3.3 CCK-8实验  83-84
  6.4 小结  84-85
第7章 Ti-O薄膜表面获得功能性基团的影响关系研究  85-90
  7.1 离子注入中不同注入参数对表面氨基形成的影响  85-88
    7.1.1 脉宽对氨基注入剂量的影响  85
    7.1.2 频率对氨基注入剂量的影响  85-86
    7.1.3 注入电压对氨基注入剂量的影响  86
    7.1.4 离子注入平均电流对氨基量的影响  86-88
    7.1.5 离子注入样品台温度对氨基量的影响  88
  7.2 紫外光照及紫外波长对羟基形成的影响  88-89
  7.3 小结  89-90
结论  90-91
致谢  91-92
参考文献  92-97
攻读硕士学位期间发表论文  97
参与科研项目  97-98

钛氧薄膜表面等离子体浸没氨基化及Ln固定研究

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