高能脉冲磁控溅射制备Ti-Cu（O，N)系薄膜及其调控内皮细胞行为研究

Thrombosis and intimal injury are known to be the principal reason for failure artificial cardiovascular prosthese. In this project, Ti-Cu（N、O）films will be fabricated on the surface of stainless steel by advanced high power pulsed magnetron sputtering. The copper ions will be realeased from the films with certain components and structures of the copper. In the induction of copper ions,the anticoagulation and endothelial cell behavior will be improved by NO released locally and the VEGF and eNOS expression. The releasing characteristics of copper ion will be influenced by the components and structures of the copper in the film. The mechanism of copper on blood compability and endothelial cell behaviors will be investigated. Therefore, this project is absolutely necessary and significant to develop new cardiovascular devices with with low thrombosis and restenosis.

本项目针对目前临床应用的心血管器械普遍存在的凝血、内膜创伤难以修复等问题，创新性地提出采用高能脉冲磁控溅射技术，在医用不锈钢表面沉积Ti-Cu（O,N）系薄膜。通过控制薄膜中Cu的成分和结构来调控Cu离子的释放过程,利用Cu 离子有效促进血管内皮细胞NO的局部释放和促进VEGF和eNOS的表达功能，促进抗凝血性能及改善血管内皮细胞行为。实现对薄膜中Cu的成分和结构及Cu离子释放的规律性调控。系统性地研究Cu的含量、结构和释放速率对Ti-Cu（O，N）系薄膜的抗凝血性能、内皮细胞行为的影响机理。本项目的研究实施对研制发展新一代抗凝、抗增生的心血管器械具有重要的理论和现实意义。

背景：心血管器械在植入时会对血管内皮造成损伤，由于材料不具有生物活性，会促进炎症、血栓和平滑肌细胞增殖等不良反应。。.主要研究内容: 本项目提出在医用不锈钢表面沉积Ti-Cu系薄膜。通过控制薄膜中Cu的含量、组成和微观结构来调控Cu2+的释放过程，利用Cu 离子有效促进血管内皮细胞NO的局部释放，抑制凝血，减少平滑肌细胞增殖及改善血管内皮细胞行为。.重要结果和关键数据: .1.已制备出含Cu量为0、3、5、16、38、55、65%及100%的Ti-Cu薄膜。XRD和TEM的结果显示，薄膜为三种结构: 在富钛区（0 ~5%Cu）为钛晶体，在中间区（16.3 ~38.4% Cu）含有Ti晶体和Cu晶体；在富铜区（55 ~65% Cu）为非晶结构。 .2.富钛区（0 ~5%Cu）的Ti-Cu薄膜抗腐蚀性能最好；在中间区（16.3 ~38.4% Cu）薄膜的抗腐蚀性略有下降。在富铜区（55 ~65% Cu，出现了明显的点蚀，抗腐蚀性能极速下降。纯Cu薄膜的抗腐蚀性能最差。薄膜中自然形成的氧化钛钝化层增加了薄膜的抗腐蚀性能。腐蚀源自于含Cu的区域, 并导致了Cu离子的释放。Cu离子释放行为与Cu的腐蚀行为密切相关。.3.所有的Ti-Cu薄膜均可以催化产生一氧化氮（NO）。在富铜区（55% ~65%）的NO量明显增大。.4.Ti-Cu薄膜中铜含量大于16%时，催化释放出的NO可以显著地抑制血小板的粘附。.5.对Ti-Cu薄膜进行了抗菌实验。纯钛薄膜的抗菌（金黄色葡萄球菌）率为0%，含Cu为65%的Ti-Cu薄膜的抗菌率大于99%。 .6.Ti-Cu薄膜(10%, 40%Cu)，催化释放出的NO可以显著地抑制平滑肌细胞的活性和增生。.7.优化出可催化释放在生理浓度（0.5−4×10-10 mol cm-2 min-1 ）NO的 Ti-Cu薄膜（成份约为40%Cu, 结构为非晶），促进内皮细胞的增殖和活性。.8.制备出含Cu量为30%和50%的Ti-Cu（O）薄膜，薄膜主要为非晶结构，并含有少量的Cu2O晶体。薄膜可以释放出Cu离子和催化产生NO， NO明显地减少了血小板的粘附。但内皮细胞实验表明， NO对内皮细胞的活性有一定的抑制作用。..科学意义:已实现对Ti-Cu系薄膜中Cu成分、微观结构及离子释放行为的规律性调控；已获得一些 Cu离子释放行为对NO释放，内皮细胞，平滑肌