随着科学技术的快速发展,生物医用材料的研制及其在临床医学上的应用已经成为全球研究的热点之一。其中,聚甲基丙烯酸甲酯人工晶状体(PMMAIOL)与镁合金(MgA)血管支架是两种较为典型的生物医用材料。前者具有良好的强度、韧性、透光率和化学稳定性,一度广泛应用于临床治疗白内障疾病。但是,PMMAIOL植入眼内后会使其表面黏附较多的炎性细胞,还可能导致角膜上皮细胞的永久损伤。而后者是一种新型的医学材料,由于其良好的生物相容性、独特的可降解功能、优越的综合力学性能,有望应用于人体各部位血管狭窄的成形治疗。但是,镁合金在人体内降解速率过快,其降解速度与支架组织重建速度不匹配,此外,镁合金存在于人体内会引起细菌粘附,导致感染发生。为了克服以上两种材料在临床应用中的缺陷,确保生物医用材料的安全与高效,本论文先后采用等离子体技术、等离子体与溶胶-凝胶技术相结合的方法,分别在PMMA IOL和镁合金表面组装具有良好生物相容性的结构片段或分子,对其进行化学或物理表面改性。利用X-射线光电子能谱仪(XPS)、傅里叶变换衰减全反射红外光谱仪(ATR-FTIR)、激光拉曼光谱仪(Raman)、X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、接触角测量仪(CA)、紫外可见近红外分光光度计(UV-vis)、极化曲线法、血小板粘附试验和细胞相容性试验等手段与方法,对改性后PMMAIOL和镁合金表面的基本性质进行了深入研究。具体研究内容如下:1.PMMAIOL的表面改性研究利用气相等离子体放电过程中产生的大量活性粒子,以及甲基丙烯酸β-羟乙酯(HEMA)良好的生物适应性和血液兼容性,通过改变等离子体放电参数、HEMA的等离子体接枝浓度,有效控制PMMAIOL的表面改性过程。(1)分别以N2、Ar、O2和H2O四种气体为放电介质,利用高频介质阻挡放电(DBD)等离子体技术对PMMA IOL进行表面改性。考察了等离子体工艺参数(放电电压、电极间距和放电时间)对材料表面亲疏水性和表面自由能的影响:系统研究了改性后样品表面的化学组成、微观形貌、亲水性、透光率、血小板粘附性以及细胞相容性等性质。XPS分析表明,经不同气体等离子体改性后PMMA IOL表面的氧含量均有一定程度的增加,O/C摩尔分数比增大;CA分析表明,水接触角均明显降低,表面自由能增大,亲水性能改善,而且随着放置时间的延长,接触角逐渐增大,在最初的5天内疏水性恢复较快,10天后Ar等离子体改性的样品接触角恢复到了 75.0°,此后基本趋于稳定;UV-vis分析表明,四种气体改性后样品在可见光区的透光率保持不变,而且对紫外光的隔离效率均增强,其中N2等离子体改性样品对紫外光的隔离效率高达78%;血小板粘附试验和细胞相容性试验表明,四种气体改性后样品表面血小板和细胞的粘附量均明显减少,从而可降低PMMAIOL植入术中后囊膜浑浊现象发生。(2)以Ar为放电介质,通过高频DBD等离子体接枝聚合方法将HEMA键合在PMMAIOL表面,研究了接枝聚合HEMA后样品表面的化学组成、微观形貌、亲水性、透光率、血小板粘附性以及细胞相容性等性质。研究结果表明,HEMA成功接枝聚合在等离子体活化后的PMMAIOL表面(PMMAIOL-g-PHEMA),由于HEMA分子中-COO-和-OH基团的存在,PMMAIOL-g-PHEMA2表面的氧含量增加,水接触角明显降低,亲水性能得到显著改善,而且随着放置时间的延长,亲水性变化不明显,15天后接触角恢复为36.5°,此后基本趋于稳定;PMMA IOL-g-PHEMA2在可见光区的透光率保持不变,对紫外光的隔离效率增强,高达77%;PMMAIOL-g-PHEMA2血小板和细胞粘附量显著减少,与等离子体改性的PMMAIOL相比较,效果更为明显。2.镁合金的表面改性研究基于类金刚石(DLC)和MgO膜层优异的抗腐蚀能力、Ti-O膜层的抗菌能力、2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱(MPC)良好的血液相容性等优点,利用射频等离子体增强化学气相沉积技术、等离子体与溶胶-凝胶技术相结合的方法分别实现了镁合金表面DLC膜层以及多分子膜层(MgO(Mg2SiO4)/Ti-O/PMPC)的构建,以改善镁合金的生物耐腐蚀性,提高其抗菌性和血液相容性。(1)以C2H2为碳源,Ar为辅助气体,利用射频等离子体增强化学气相沉积的方法,在镁合金表面制备了性能优异的纳米结构DLC膜层(MgA/DLC)。考察了等离子体工艺参数(放电功率和沉积时间)对DLC膜层表面微观形貌的影响;研究了 MgA/DLC的表面化学组成、微观结构、亲疏水性、生物耐腐蚀性以及血小板粘附性等性质。研究结果表明:镁合金表面生成的DLC膜层主要是由sp2和sp3杂化的非晶碳纳米颗粒堆积而成,粒径约50 nm,膜层均匀致密,厚度可达1.5 μm,呈现超疏水性;MgA/DLC在人体模拟体液中表现较强的耐腐蚀性能;MgA/DLC能显著抑制血小板粘附,具有良好的血液相容性。(2)利用等离子体微弧氧化、溶胶-凝胶、高频DBD等离子体接枝聚合的方法,在镁合金表面组装了功能性的多分子膜层(MgO(Mg2SiO4)/Ti-O/PMPC)。考察了等离子体微弧氧化放电参数(放电电压、放电时间)对氧化膜层表面微观形貌的影响;研究了多分子膜层在镁合金表面组装过程中的化学组成、微观形貌、亲疏水性、生物耐腐蚀性、抗菌性以及血小板粘附性等性质。研究结果表明:镁合金表面成功组装了多分子膜层MgO(Mg2SiO4)/Ti-O/PMPC;表面膜层中-N+(CH3)3基团的存在,使其水接触角明显降低,亲水性能增强;表面构建的MgO(Mg2SiO4)/Ti-O膜层,可显著提高其在人体模拟体液中的耐腐蚀性能;表面Ti02的存在,使其对金黄葡萄球菌具有明显的抗菌性能;表面键合的PMPC,可显著抑制血小板的粘附,使其具有优异的血液相容性。