微纳米多尺度钛/碳复合结构的血液相容性及生物物理评价体系研究

By using the liquid laser etching technique (LAL), combined with semiconductor micro patterning process and ion implantation technology, the micro-nano multi-scale Ti/TiC/ta-C gradient composite coating structure were developed in titanium alloy, the key technology problems of the mechanical and anticoagulant properties between titanium and carbon were solved synchronously; Research on assemble of nanometer materials to the micron pattern of titanium alloy substrate by bottom to up method, through the growth of nano- line or network structure on the micrometer patterns, research of micrometer pattern structure, size and nanoline scale and density on the plasma protein adsorption selectivity, improve albumin selective adsorption model of coagulation occurred at first stage; assemble nano carbon in the micro patterns materials, study "electron transfer model" of coagulation occurred in second stages and biophysical model of the blood compatibility, provides the theory basis and the key to solve the technology problems of clinical application for the new anti coagulation materials; calculated by the blood compatibility of the series the experimental and biological physical model, optimization and verification of the micro nano structure and anticoagulant properties, the establishment of animal Model and animal experiment, proposing the evaluation key indexes of blood compatibility and establish a system of evaluation system

采用液体环境激光刻蚀技术(LAL)，结合半导体微图形化工艺和离子注入技术，在钛合金上研制微纳多尺度Ti/TiC/ta-C梯度复合涂层结构，同时解决钛/碳之间机械力学和抗凝血性能的关键技术问题；研究在微米级钛合金图案基体上至底向上组装纳米材料，通过在微米级图形上定位生长纳米(线)或网状结构，研究微米级图案结构、尺寸以及纳米(线)尺度和密度对血浆蛋白选择性吸附，完善凝血发生第一阶段的白蛋白选择吸附模型；结合LAL微纳加工在图案精细定位和纳米组装的优势，实现在纳米线阵列上原位组装C纳米材料，研究包括凝血发生第二阶段的"电子转移模型"在内的血液相容性生物物理模型，为研发新型抗凝血材料提供理论依据和解决临床应用的关键工艺问题；通过血液相容性的系列实验及生物物理模型的计算，优化和验证其微纳结构及其抗凝血性能，建立动物模型并完成动物试验，提出血液相容性材料关键评价指标并建立较系统的评价体系。

制备了多种TiO2纳米线阵列(TNAs)基底与a-C薄膜的组合，并研究了它们的表面形貌与电子结构对血液相容性和细胞相容性的协同作用。在微米、纳米和微纳三种拓扑结构上沉积ta-C薄膜作为生物相容性涂层，研究并对比三者的血液相容性和内皮化。研究发现，与优化的TNAs/ta-C复合界面的优异血液相容性相比，微纳/ta-C并没有因为微米结构化的引入而减弱其抗血小板粘附的效果，依然保持着优良的抗凝血性能。但微米/ta-C的抗血小板粘附血液相容性由于缺乏纳米阵列基底的调控而明显变差，证明了纳米拓扑结构对血液相容性的重要性。结合固相烧结法，通过液相脉冲激光烧蚀技术制备出了不同Eu3+掺杂浓度的核磁共振-荧光双模态纳米探针Gd2O3:Eu3+。研究了Eu3+掺杂浓度对荧光性能以及纵向磁豫率的影响。通过液相脉冲激光烧蚀法制备了具有在近红外980nm激发下，发出蓝(~476 nm)、绿(543 nm)、红(~672 nm)三色荧光Yb3+/Tm3+、Yb3+/Ho3+和Yb3+/Er3+共掺Gd2O3上转换纳米颗粒。将他们作为荧光探针能够成功进入细胞，在980nm近红外光激发下，能够正常发出荧光。同时，体外核磁共振成像和小鼠体内移植瘤核磁共振成像实验证实材料具有良好核磁共振造影能力。为了实现以近红外诱导的光动力治疗，以Gd2O3:Yb3+/Er3+纳米颗粒与ZnPc光敏剂联用为例，在近红外辐照下，Gd2O3:Yb3+/Er3+上转换纳米颗粒将980nm激发光转换为可见光，从而激活光敏剂，使之产生单线态氧。由于单线态氧的强氧化性，能够阻碍细胞功能，对人鼻咽癌CNE2细胞起到一定的抑制作用。总的来说，该上转换纳米颗粒具有作为多功能纳米探针，同时实现双模态成像以及近红外诱导的光动力治疗的研究潜力。基于单斜相氧化钆体系，研究了其 Yb3+/Er3+离子共掺的上转换发光性能。通过控制Yb3+敏化离子浓度，我们实现了Gd2O3:Yb3+/Er3+上转换纳米颗粒荧光颜色从绿光到红光连续可调。由于红光波段与绿光波段发射比例得到有效的调节，便能精准地控制上转换荧光。同时，还利用稳态速率方程对此声子辅助能量回传调节上转换荧光过程加以了验证，对荧光调节机理的理解提供了帮助。