醫(yī)學(xué)材料

  在化學(xué)相容性或化學(xué)鍵中表現(xiàn)出來的強(qiáng)界面作用力能增強(qiáng)兩個(gè)表面之間的黏附性。通常聚合物具有較低的或中等能量的表面能，因此很難在其表面進(jìn)行黏結(jié)或進(jìn)行表面涂層。經(jīng)氧等離子處理后，聚丙烯的表面張力從29dyn/cm提高到了72dyn/cm，幾乎達(dá)到接觸角為零的全水吸附所需的數(shù)值。其他材料表面經(jīng)過活化工藝，會(huì)使表面產(chǎn)生硝化、氨化、和氟化。等離子體表面改性可以在表面形成如胺基、羰基、羥基、羧基等功能團(tuán)，提高界面黏附力。醫(yī)用導(dǎo)管、輸液袋、透析過濾器和其他組件，以及醫(yī)用注射針頭、用于裝血液的塑料薄膜袋和藥袋的附著都得益于等離子體對(duì)材料表面的活化工藝。

  常規(guī)的清洗方法不會(huì)完美，常在清洗后仍然殘留薄薄的一層污染物。但如果采取等離子體活化工藝清洗，弱化學(xué)鍵將很容易被打斷，即使污染物殘留是在幾何形狀非常復(fù)雜的表面上，也照樣可以去除掉。等離子體可以去除油膜、微觀的秀菌或其他污染物，這些污染物是在存儲(chǔ)過程中或前期制造工藝中，通過化學(xué)轉(zhuǎn)化形成的高蒸汽壓的揮發(fā)性氣體黏附在材料表面形成的。注射成型添加劑、硅基化合物、脫模劑及部分被吸附的污染物可以通過等離子放電清洗，能有效地從塑料、金屬和陶瓷的表面去除。對(duì)后續(xù)制造產(chǎn)生干擾的塑料添加劑也可以通過等離子體去除，并且在這個(gè)去除過程中不會(huì)破壞或更改基底的屬性。此外，采用等離子體清洗技術(shù)，還可以清洗及其敏感的儀器零件表面或植入物的表面。

  等離子體可以改進(jìn)材料表面的潤濕性，降低大多數(shù)基底材料與水或其他液體的接觸角。實(shí)驗(yàn)證明，材料只需要被等離子體處理幾分鐘就可以使其表面的水接觸角降低至少2度。與血液過濾器或各種透析過濾薄膜一樣，也包括透析過濾系統(tǒng)的微濾組件，等離子體同樣也可以賦予織物或無紡布織物永久的親水性能。培養(yǎng)皿、滾瓶、微載體和細(xì)胞膜等細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)的表面均可以通過等離子體改性來大大提高其潤濕性。通過控制表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)、表面能和表面電荷狀態(tài)可以改善細(xì)胞生長情況、蛋白結(jié)合性能以及特定細(xì)胞附著性能。

  等離子體處理無紡布或其他織物布料的表面，也可以使其具有疏水性。疏水表現(xiàn)為據(jù)水特性，當(dāng)這種布料浸沒在水溶液中時(shí)，不在通過毛細(xì)管效應(yīng)吸水。這種技術(shù)同樣也適用于某些材料，使其具有疏油性或使紙張、紡織品和過濾元件等具有疏水性。四氟化甲烷、六氟化硫、氟化烴等氟化物，可以用于誘使表面結(jié)構(gòu)中的氫原子被氟原子替代，形成類似聚四氟乙烯的結(jié)構(gòu)，從而使材料表面具有疏水性、化學(xué)惰性以及高化學(xué)穩(wěn)定性。

  等離子體表面改性的另一個(gè)重要應(yīng)用是促進(jìn)細(xì)胞生長或蛋白質(zhì)的結(jié)合，以降低血栓的生成。氟化的聚四氟乙烯涂層和從有機(jī)硅單體中提取的類似有機(jī)硅涂層都具有血液相容性。薄膜中氟碳比、潤濕性和存在形態(tài)，顯然都與纖維蛋白質(zhì)的吸收和存儲(chǔ)息息相關(guān)，纖維蛋白原是一種存在于人體血液中并參與凝血過程的蛋白質(zhì)。可以采用PECVD制備不同表面形態(tài)的類聚四氟乙烯薄膜。

  通過等離子聚合可以從有機(jī)硅單體中獲取類硅烷薄膜。SixCyHkOz復(fù)合物被用在血液過濾器中和聚丙烯的中空纖維膜中以涂覆活性炭的顆粒。血液灌溉器是將患者動(dòng)脈血液循環(huán)地引入血液灌流器中，使血液中的毒物、代謝產(chǎn)物被吸附凈化，然后再輸回體內(nèi)。血液灌流器中的吸附劑包括活性炭那、酶、抗原、抗體等。其中碳顆粒必須被聚合物薄膜包覆，以防止細(xì)小顆粒進(jìn)入到血液中;同樣，微孔聚丙烯血液氧合器也要涂上一層類硅烷聚合物薄膜，目的是為了降低聚丙烯表面的粗糙度，以減少對(duì)血液細(xì)胞造成的傷害。

  肝素和類肝素分子、膠原蛋白、白蛋白和其他生命起源分子可被固定在聚合物表面上，發(fā)揮抗血栓的作用。因此，要使這些分子固定在聚合物的表面，那么就需要聚合物被激活，并此對(duì)接枝聚合的分子作出響應(yīng)。這個(gè)過程主要以試驗(yàn)實(shí)證的方法為準(zhǔn)，用的最多的接枝基團(tuán)是-NH2、OH和-COOH，這些基團(tuán)主要從非沉積供應(yīng)原料NH3、O2、H2O中獲取。

  經(jīng)過氨氣等離子體處理后的材料表面會(huì)存在氨基功能團(tuán)，它類似于肝磷酯，可作為抗凝劑的附著位點(diǎn)。這種等離子體在體外醫(yī)用器皿上的應(yīng)用實(shí)例有實(shí)驗(yàn)或藥物生產(chǎn)用的培養(yǎng)皿的清洗改性，以及微孔板的表面改性。這種表面改性還可以提高人體植入物的生物相容性。

  例如，通過提高血溶性涂層與本體材料的黏合性能，改善人造血管、隱形眼鏡、給藥植入體等植入物的生物相容性。在某些應(yīng)用中。若有必要的話，還可以通過材料表面處理降低蛋白質(zhì)或細(xì)胞的黏附性，如接觸的隱形眼鏡和人工晶狀體材料。

  很多材料都會(huì)促使蛋白結(jié)合，而導(dǎo)致血栓的形成。材料表面使用抗凝涂層后，可以有效降低表面凝血形成血栓的趨勢，但是抗血栓涂料往往不能很好地與聚合物表面結(jié)合。采用等離子體中的活性自由基使材料表面通過肝素化或接枝抗栓官能團(tuán)，來增加材料表面有效地化學(xué)鍵結(jié)合。材料表面改性的效果由一系列的因素決定，這些因素包括材料基底的選取、抗血栓涂料的成分構(gòu)成和改性后的材料使用壽命。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，經(jīng)過等離子體表面活化改性后，在涂覆一層肝素的聚氨酯導(dǎo)管，在使用30天后，沒有出現(xiàn)蛋白附著的現(xiàn)象;只經(jīng)過等離子體表面改性而無肝素涂層的聚氨酯導(dǎo)管，出現(xiàn)了少量的蛋白附著;而未經(jīng)等離子體表面改性的導(dǎo)液管則出現(xiàn)了嚴(yán)重的血栓。與未經(jīng)處理的血液過濾器相比，改性后的血液過濾器大幅減少了血小板的附著量。

  有些時(shí)候，通過對(duì)體外材料的表面改性來增強(qiáng)培養(yǎng)細(xì)胞的黏附性和培養(yǎng)過程中細(xì)胞生長速率是十分必要的。在某些特殊情況下，細(xì)胞黏附性和培養(yǎng)過程中細(xì)胞生長速率是十分必要的。在某些特殊情況下，細(xì)胞黏附效果是保證細(xì)胞繁殖的必要條件，經(jīng)等離子體表面改性后的體外細(xì)胞培養(yǎng)皿，在其表面的細(xì)胞繁殖速率明顯比未處理 培養(yǎng)皿表面的細(xì)胞繁殖速率快。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚酯、聚乙烯和K-樹脂等材料經(jīng)等離子體改性后，其細(xì)胞附著性可明顯提高。

  與其他材料表面相比，一些有機(jī)硅及聚氨酯等聚合物的表面摩擦系數(shù)較高。這種材料制成的器械經(jīng)等離子體表面處理后，再涂覆上一層低摩擦系數(shù)的聚合物，表面就會(huì)更加潤滑。例如，等離子體表面改性后可提高醫(yī)用導(dǎo)管表面上水凝膠涂層的黏附性，水凝膠涂層能降低醫(yī)用導(dǎo)管與內(nèi)血管壁之間的摩擦。用于導(dǎo)尿管、呼吸氣管和心血管的插管，或內(nèi)窺鏡/腹腔鏡手術(shù)的儀器，以及用于眼科的材料，在與體液接觸時(shí)應(yīng)具有良好的疏滑特性，這樣體液與這些光滑的醫(yī)療器械表面接觸時(shí)才不會(huì)黏附在其表面上。被電離的等離子體活性氣體可抑制造這樣的低摩擦系數(shù)的材料表面。這種低摩擦系數(shù)的醫(yī)療器械在插入病人體內(nèi)或從體內(nèi)取出時(shí)，會(huì)降低對(duì)病人黏膜的機(jī)械損傷以及減少病人的不適感。等離子體技術(shù)活等離子體技術(shù)結(jié)合其他技術(shù)，尤其是結(jié)合二甲苯聚合物涂覆技術(shù)，已成功在各種醫(yī)療器械的制造中得到了應(yīng)用，如在眼科和影像外科手術(shù)中等。

  通過薄膜沉積方法在塑料產(chǎn)品的表面沉積一個(gè)阻隔層，可以降低酒精、其他液體或蒸汽在塑料產(chǎn)品表面的滲透能力。例如，經(jīng)過等離子體處理后的高密度聚乙烯可以使這種聚乙烯材料對(duì)酒精的滲透能力降低10倍。由于血液與生物材料中的一些化學(xué)成分會(huì)發(fā)生相互作用，這種相互作用會(huì)導(dǎo)致血液凝固，危害人體，所以像硅橡膠、聚酯、聚四氟乙烯、聚氨酯、PVC等生物材料制成的與血液接觸的植入物僅能在血液中停留很短的時(shí)間。例如，PVC血袋中的二辛脂鄰苯二甲酸酯和某些穩(wěn)定劑會(huì)慢慢從PVC基底中釋放出來，與血液相互反應(yīng)從而引起血液凝固。等離子體對(duì)PVC材料處理后，在表面形成一層緊密交聯(lián)的防滲薄膜，這層膜具有生物相容性，可以在一個(gè)較小的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)膜的分散率，起控制穩(wěn)定劑等物質(zhì)傳輸?shù)淖饔谩?/span>

  通過等離子體改性膜材料還可以提高對(duì)擴(kuò)散物質(zhì)的選擇性。通常需要薄膜材料在保持高滲透率的同時(shí)，還應(yīng)該對(duì)滲透物質(zhì)具有高選擇性。結(jié)合化學(xué)作用或物理限制，通過控制孔的大小可以提高膜表面的選擇性。血液透析、蛋白質(zhì)純化等生物分離過程都得益于這一技術(shù)的實(shí)施。

  通常，具有診斷功能的生物傳感器要求把酶或抗體等生物組分固定在傳感器的表面。等離子體的接枝與表面功能化處理為生物組分和基底之間建立共價(jià)鍵提供了便捷、高效的辦法。