欧通群开题报告终极版

淮 阴 工 学 院毕业设计( 论文)开题报告学 生 姓 名： 欧通群 学 号： 1101103232专 业： 金属材料工程设计(论文) 题目： 钛合金表面肝素功能化改性研究表面改性研究指 导 教 师: 侯彦华2014 年 3 月 8 日毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000 字左右的文献综述文 献 综 述1 前言钛合金具有比强度高、耐蚀性优异、生物相容性好等突出优点，广泛应用于航空、航海、生物医疗等领域中，但是钛合金摩擦因数大、硬度低、易黏着、耐磨损性差等缺点，严重影响了钛合金的使用性能和应用范围。由于磨损失效起源于材料的表面，所以在不影响基体原有优异性能的前提下，利用合适的表面改性手段，可以有效改善钛合金的耐磨性能。肝素是一种天然生物活性多糖类化合物, 具有很强的抗凝血性. 采用肝素功能化来提高医用高分子材料的抗凝血性能已经有几十年的历史。 肝素通过和抗凝血酶、肝素结合蛋白和血小板因子等活性物质结合来发挥其生理功能, 起到抗凝血作用.此外, 肝素分子中含有与多种生长因子结合的位点,能够促进生长因子对细胞增殖、组织或器官修复和再生的作用. 近年来, 肝素功能化生物材料受到极大关注,各种制备技术不断建立,在组织工程领域显示出重要的应用前景。2 新型医用钛合金的研究开发现状及存在的问题2.1 研究现状 近年来钛合金在生物医学领域中的研究和应用呈上升趋势，特别是在牙科和整形外科中钛材的用量明显增多 1-5 。目前, 医用钛合金仍以Ti-6Al-4V 合金为主, 但该合金中Al 和V 元素对人体存在的潜在危害已引起了人们的高度重视。为克服V和Al 的不良影响,人们相继研究开发了不含V 或既不含V 也不含Al 的+ 钛合金和钛合金6,7 。+钛合金相比,钛合金不仅生物相容性更优 , 而且具有更高的强度水平和更好的切口性能以及韧性，因此更适合于医学应用，特别是做人体的内植物。2.2 医用钛合金存在的主要问题 9-14(1)耐磨损性能相对较低。与不锈钢、镍基合金等许多其他金属材料相比， 钛合金的摩擦系数大，耐磨性能差, 这使得其植入组织因磨损而产生大量的Ti ，Al 和V 黑色碎屑, 这些磨屑可以引起无菌松动，最终导致关节置换失败。(2)耐腐蚀性能有待进一步提高。金属材料的耐蚀性能将直接影响到其生物相容性。2在正常条件下， 钛合金的表面会生成一种十分稳定而连续的、结合牢固的氧化物钝化膜,因此通常具有良好的耐蚀性能。但由于人体环境的复杂性，在外力和体液的侵蚀下，表面钝化膜有可能被剥离、溶解。因此，在使用过程中仍会有物质释放到组织中。(3)生物活性尚不理想。钛合金是一种生物惰性材料，其结构和性质与骨组织相差很大, 通常不能像生物活性材料那样与宿主骨形成化学键性结合，即新生骨直接在种植体表面形成, 随后直接长入种植体内，而且，由于钛合金与骨组织的弹性模量相差悬殊,植入体生物力学相容性欠佳，易产生应力集中和骨吸收不良等后果。3 肝素功能化的研究肝素于1935年首先被提纯并命名，同年作为抗凝剂应用于治疗血栓性疾病，现已被公认为最有效、使用最广泛的抗凝血药物之一。3.1 结构肝素分子中含有长短不一的酸性粘多糖主要是由硫酸-的-葡萄糖胺、硫酸-的-艾杜糖醛酸和的-葡萄糖醛酸中两种双糖单位交替连接而成, 是分子量为440kDa 可的混合物 14。由于生物合成过程中的差向异构化和酸化的可变性，大部分的肝素都有微结构不均一性，当多糖链结构中中O-有机化学硫酸化多于 N-硫酸化，且大部分(80%)的葡糖胺被N -硫酸化时就称为肝素硫酸化多于N-硫酸化，且大部分(80%)的葡糖胺被N-硫酸化时就称为肝素。3.2 抗凝血作用在人体内，内皮细胞等与血液接触的细胞能够分泌硫酸肝素或肝素等物质, 保持血液在循环的过程中不凝固。 正常人血浆中含量极少，仅 0.09 mg/L. 肝素作用于凝血系统的多个部位 13，但主要通过ATIII和肝素辅助因子 II 、活化的蛋白抑制物发挥抗凝作用, 其中AT III占80%左右。内源性凝血-抗凝血系统中，肝素能与血管壁相互作用，被血管内皮吸附, 因此血管壁是肝素的主要储存场所(比血浆中大7500 倍 )。肝素吸附于血管壁后，可促进内源性氨基多糖释放，使受损的血管内皮细胞恢复表面电荷，防止血小板粘附，阻止血小板释放蛋白因子，达到抗凝血作用。肝素还能促进血管内皮细胞对组织纤溶酶原激活物的释放，预防血栓形成。另外肝素可以增加血细胞表面和血管壁的负电荷，增强其相互间的排斥性，具有抗聚集作用，从而改变血粘稠度，促进血液流动并预防血栓形毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告成。3.3 非抗凝血作用生长因子对细胞的增殖、组织或器官的修复和再生具有重要作用， 是组织工程研究的要素之一 14。 研究表明，很多生长因子通过肝素分子紧密结合到特定的细胞外基质中, 从而更好地发挥其生理功能。它们包括成纤维细胞生长因子、血管内皮细胞生长因子、转化生长因子-、骨形态发生蛋白、表皮生长因子、肝细胞生长因子、神经生长因子、血小板衍生生长因子和胰岛素样生长因子 等。此外某些抗生素也是肝素结合蛋白。综上所述，我们将利用多巴胺自聚合及肝素固定的方法对钛进行表面修饰，以改善其血液相容性。 采用水接触角测量、X 射线光电子能谱 ( XPS) 和甲苯胺蓝法( TBO) 等方法对所修饰的材料进行了表征。 采用溶血实验检测了材料的溶血性能，并结合活化部分凝血活酶时间( APTT) 测试和血小板黏附实验对所修饰材料的血液相容性进行了评价。参考文献1 Kawahara H. Cytotoxicity of implantable metals and alloy J .Bull . Jpn. Inst Met, 1992 , 31 (12) : 1033。2 Yoshimitsu Okazaki , Yoshimasa Ito Y, Kenj Kyo , et al . Corrosion resisitance and corrosion fatigue strength of new titanium alloys foemedical implants without V. 3 Wang K. The use of titanium for medical applications in theUSA J . Materials Science and Engineering, 1996 , A213 : 134.4 Niinomi M, Kuroda D , Fukunaga K, et al . Corrosion wear fractureof newtype biomedical titanium alloys J . Materials Science and Engineering , 1996 , A263 : 193. 5 何宝明，生物医用钛及其合金材料的开发应用进展、市场状况及问题分析J .新材料产业，2003，(7) : 23。6 宁聪琴， 周玉. 医用钛合金的发展及研究现状J . 材料科学与工程, 2002 , 1.7 Mohammadi S , Wictorin L , Ericsonetal L E. Cast titanium as im2plant material J . Mater. Sci . Mater Med. , 1995 , 6 : 435.8 Niinomi M. Recent titanium R 3，4-二羟基苯胺 ; 三羟甲基氨基甲烷 ; 肝素钠 ; 活化部分凝血活酶时间( APTT) ; SABC-FITC 免疫组化荧光染色试剂盒 ; 实验所用其它化学试剂均为分析纯。实验流程： 多巴胺在材料表面的自聚合及肝素的固定材料的表征水接触角的测量 XPS 定性分析样品表面的化学组成 肝素的定量检测我 wioD材料的血液相容性实验溶血实验 活化部分凝血活酶时间的检测 血小板粘附实验统计学分析6多巴胺在材料表面的自聚合及肝素的固定 将钛片表面用砂纸打磨和抛光处理后，依次用丙酮、无水乙醇超声清洗，再用双蒸水超声清洗，干燥后贮存于干燥箱中备用。预先准备溶剂为Tris 溶液的多巴胺溶液 将纯钛片浸没于上述多巴胺溶液中，于室温静置 一段时间后取出，清洗干燥，样品命名为Ti-Dopamine。然后，在Ti-Dopamine 表面滴加肝素溶液， 于37 静置1 h，充分冲洗后干燥，样品标记为Ti-Dopamine-Heparin ，用于后续的材料表征和血液相容性评价。采用JY-82 型接触角测量仪，利用躺滴法测量材料表面的水接触角，接触角分析采用 /2 法，室温( 20 ) 下对于同种样品设置3 个平行样，每次测量采取同一样品表面2 个点，然后对数据进行统计处理。分析样品表面的化学组成应用Perkin Elmer 16PC X 射线光电子能谱仪( XPS) 对Ti基体表面修饰的不同阶段的样品表面进行全扫描( 在整个光电子能量范围) ，采用XPSPEAK 4. 2 软件分析数据以确定样品表面存在的元素种类，从而确定用于修饰的化合物是否存在于样品表面。肝素分子中的磺酸基能够与甲苯胺蓝( Toluidine blue O，TBO) 染料形成紫色络合物，因此，可采用TBO 法检测固定到材料表面的肝素含量 以Ti-Dopamine 为对照样，确定固定到样品表面的肝素的密度。材料的表征水接触角的测量： 采用JY-82 型接触角测量仪，利用躺滴法测量材料表面的水接触角，接触角分析采用 /2 法，室温( 20 ) 下对于同种样品设置3 个平行样，每次测量采取同一样品表面2 个点，然后对数据进行统计处理。XPS定性：分析样品表面的化学组成应用Perkin Elmer 16PC X 射线光电子能谱仪( XPS) 对Ti 基体表面修饰的不同阶段的样品表面进行全扫描( 在整个光电子能量范围) ，采用XPSPEAK 4. 2 软件分析数据以确定样品表面存在的元素种类，从而确定用于修饰的化合物是否存在于样品表面。肝素的定量检测： 肝素分子中的磺酸基能够与甲苯胺蓝( Toluidine blue O，TBO) 染料形成紫色络合物，因此，可采用TBO 法检测固定到材料表面的肝素含量 以Ti-Dopamine 为对照样，确定固定到样品表面的肝素的密度。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告材料的血液相容性实验溶血实验: 采用体外法进行溶血实验，测定生物材料与血液直接接触导致的红细胞溶解和血红蛋白释放的程度。实验过程严格按照规定的溶血实验的具体内容和操作步骤进行。采用酶标仪测定45溶液的吸光度，然后计算溶血率。活化部分凝血活酶时间的检测：活化部分凝血活酶时间，用于测定材料的内源性凝血行为。 新鲜血液加入抗凝剂枸橼酸钠，在3500 r /min 转速下离心10 min，取上层黄色液体得贫血小板血浆，用PPP 浸泡样品，所得血浆用APTT 测定试剂盒，用凝血仪记录时间。血小板黏附实验： 将新鲜抗凝全血在3000 r /min 转速下离心15 min，取上层黄色液体得富血小板血浆 ，在每个样品表面滴加 PRP，于37 孵育1 h，用生理盐水清洗，再用戊二醛固定过夜，然后将样品进行脱水、脱醇、临界点干燥和喷金处理后，用P扫描电子显微镜( SEM) 观察血小板的形态并拍照。另外，对上述用戊二醛固定的样品，用免疫组化荧光染色试剂盒(