生物材料表面与界面对血液相容性的影响
体外循环期间的血液保护
体外循环期间的血液保护体外循环期间血液与异物表面接触、体外循环血泵的机械转动和负压吸引等所产生的涡流和剪切应力变化、各种化学因素和生物因素等使血液的质与量在短期内产生变异而引起机体凝血机制的变化，进而诱发全身炎症反应，都可引起术后诸多体外循环相关并发症。
如何在围术期减少和避免手术及体外循环对血液的破坏，是减少血及血制品的输注量、预防术后并发症、维持体内生命器官功能的重要措施。
体外循环期间血液的保护重点在于减少血细胞的机械性破坏和血液凝固功能失常、纠正因体外循环操作对血液成份和功能的变化以减轻术中和术后失血和因血循环功能改变对机体器官功能的影响。
一、体外循环对血液成份的影响（一）体外循环对红细胞的影响体外循环血泵的机械挤压，氧合器、管路、微拴滤器以及各连接部位骤然口径变化的剪切应力和喷射力，低于1/3大气压的过大负压吸引，吸引术野血液过程中产生的气－血界及组织－血界，选用生物相容性较低的体外循环套路材料等多种因素均可破坏红细胞膜，导致急性溶血。
体外循环还使红细胞机械脆性增加，寿命缩短，诱发延迟溶血。
红细胞溶血后释放的二磷酸腺苷（ADP）可进一步激活血小板产生聚集。
溶血后的血红蛋白通过网织内皮系统处理，游离血红蛋白浓度达100mg/dl出现血红蛋白尿，超过300mg/dl可产生肾功能损害。
（二）体外循环对白细胞的影响通过直接途径或补体激活的间接途径激活白细胞，使其释放细胞因子、颗粒酶体内容物、花生四烯酸代谢产物、氧代谢产物等多种介质，进而诱发全身炎症反应。
（三）体外循环对血小板的影响预充液的稀释作用，氧合器的大面积吸附，人工材料异物表面等各种直接或间接途径均可激活血小板，使其发生粘附、聚集、收缩、释放等反应，导致术后血小板数量和功能的消耗性下降，患者术后的凝血功能降低，出血增加。
体外循环机的血流停滞区及湍流部是血小板聚集之处。
鼓泡式氧合器及负压吸引管中的的气－血界面使血小板的减少呈指数增加。
低温、肝素、鱼精蛋白及漂浮导管的使用等均会对血小板数量及功能产生影响。
表面能-课件
对于非极性液体，其表面张力完全由色散成分组成，即
g ＝ g d，这样可方便的通过上式计算极性液体试样的g
d
液体的表面张力可以直接测定，固体的表面能不能直 接测定。液体的表面张力测定值实际上是液体/气体的
（1）分子间相互作用力的影响：对纯液体或纯固体，表 面张力决定于分子间形成的化学键能的大小，一般化 学键越强，表面张力越大。两种液体间的界面张力， 界于两种液体表面张力之间。γ (金属键)> γ(离子键)> γ(极性共价键)> γ(非极性共价键)
（2）温度的影响 温度升高，表面张力下降。 （3）压力的影响 表面张力一般随压力的增加而下降。因
晶体生长和溶解的动力学和表面能的研究相结合，不仅为界面研 究提供了新的思路和方法，而且也会推动晶体生长和材料科学的 发展。
表面与界面
表面：表面即物理单独存在时的外部区域，处于表面 的物质分子的朝外方向。
界面：界面是两种不相容和不反应的物质相接触时的 交界区，常见界面：气－液、气－固、液－固和固－ 固形式。
2
所以可以采用最小二乘法进行数据的分析计算。
截距A=
g
d S
1 2
，斜率B=
g
p S
1 2
，
即
gS
g
d S
g
p S
A2
B2
材料与生物物质间界面张力的计算 材料与血液、水等物质间界面张力可由下式计算
式中
g sbc
材料和生物物质间界面张力，g
p bc
、g
p s
分别为生
表面能与晶体生长/溶解之间的关系
《生物医用材料》第三章生物相容性及生物学评价
2.3 材料或器械影响血液相容性的可能 因素
影响血液凝固（血栓形成）有三大要素： 血液化学、血液接触的表面、血液流 动形式。
因此材料或器械影响血液相容性的可能 因素有：
1) 材料的性质: 材料的本体和 表面特性 2)材料或器械的外形与尺寸
1）材料性能的影响
➢ 本体性能的影响： Ni引起癌变，碳素材料抗血栓性能好，聚氨酯抗凝
吸附血浆蛋白，包括白蛋白、球蛋白、纤 维蛋白原等）； ➢溶血、白细胞减少等细胞水平的反映； ➢凝血系统、纤溶系统激活等血浆蛋白水平 反映； ➢免疫成分的改变、补体的激活以及血小板 受体的释放等分子水平的反映。
• 适宜的血液相容性材料应不损伤血液成分 和功能。
2）材料与血液的相互作用过程:
材料与血液接触后的相互作用可分为3个阶段:
B．材料反应
1. 物理机制的反应 a. 摩擦磨损 b．疲劳损伤 c．应力腐蚀引起断裂 d．腐蚀 e．降解及分解
2. 生理反应 a．吸收组织物质 b．酶的降解 c. 钙化
金属植入物表面分子水平的反应
第二节 材料的血液相容性 bloodcompatibility
2.1 材料与血液的相互作用： 1）生物材料可能引起的血液的变化： ➢生物材料的界面现象（在材料的表面首先
血性较好。
➢ 表面性能的影响： 表面形貌：表面粗糙度、表面织构、多孔性。
材料表面越粗糙，暴露在血液上的面积越大，凝血 的可能性也就越大，但如果在0,1~2 UM的范围内 存在不均匀结构，可提高材料的抗凝血性能
表面成分：例如表面涂覆碳素材料可抗血栓
血管支架表面改性薄膜
无机惰性薄膜提高支架的抗血栓性能 贵 金 属 涂 层 碳 化 物 涂 层 类金刚石薄膜
Uncoated
生物材料的血液相容性研究
血 发 生机制 ，并综述 了 生物材 料界 面特性 （ 包括表 面物 理形 态 、表面 能量 、表 面化 学形 态和 表面 电性 能） 与其血 液相 容性 之 问的 关系 。所得 结论 为 设 计 理想 的生物 材料 提供 设计依 据 。 键词 】 材料 ；血 液相容 性 ；血栓 ；表 面界 面特性 生物 【 中图分 类号 】Ｑ Ｔ 【 文献标 识码 】 Ａ ［ ． －］ ０ —８５２ １）４０４ —２ 文章 ￣ Ｎ １ ７１６（０ ００ －２８０ －０
ｒ ｓ ｌ ｗ ａ ｒ ｖｄ ｄｔ ｅｆ ｎ ａ ｅ ｔｌ ａ ｉ ｒ ｈ ｅ ｉ ｎ ｏ ｔ ｅ ｏ ａｅ ｉ ｌ． ｅ ｕｔ ｓｐ ｏ ｉ ｅ ｕ ｄ ｍ ｎ ａ ｓｓｆ ｅｄ ｓ ｆ ｈ ｍ ｔ ｒ ｓ ｈ ｂ ｏ ｔ ｇ ｂｉ ａ Ｋｅ ｗ ｏ ｄ ： ｉ ｍ ａｅ ｉｌ ｂｏ ｄ ｃ ｍｐ ｔ ｌ ｙ ｔｒ ｍｂ ｓｓ ｂ ｏ ａｅ ｉｌ ｕ ｆ ｃ ｓ ｙ ｒ ｓ ｂ ｏ ｔｒａ ； ｌｏ ｏ ａ ｉ ｉ ； ｈ ｏ ｏ ｉ ； ｉ ｍ ｔｒａ ｓ ｒａ ｅ ｂｉ ｔ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｈｅ ０ Ｏ ｐ ｔ ｉ ｌ ｓａ ｍ ｐ ｒａ ｔｃ ｍｐ ｎ ｎ ｆ ｂｏ ｏ ｐ ｔ ｉ ｔ ． ｉｓ， ｈ ａ ｅ ｒ ｓ ｎ ｅ ｈ ｅ ｈ ｎ ｓ ｏ ｈ ｏ ｏ ｉ ａ ｄ ｃ ｕ ｒｖ ａ ｃ ｎ ａ ｔ ｍ ｃ ｍ ａ ｉ ｌ ｙ ｉ ｎ ｉ ｏ ｔｎ ｏ ｏ ｅ ｔｏ ｉ ｃ ｍ ａｉ ｌ ｙ Ｆ ｒ ｔ ｔ ｅ ｐ ｐ ｒｐ ｅ ｅ ｔｄ ｔ ｅ ｍ ｃ ａ ｉｍ ｆｔｒ ｍｂ ｓｓ ｎ ｒ ｏ ｉ ｏ ｔｃ ｂ ｉ ｂ ｉ ａ ｔｖ ｔ ｎ ａ ｄ ｐ ａ ｍ ａ ｐ ｏ ｅｎ ａ ｓ ｒ ｔ ｎ ｖ ａ ｔ ｅｐｌｔｌｔａ ｔ ａｅ ｓ ｗｅｌａ ｈ ｔ ｅ ｃ ａ ｉｍ ｓｏ ｅ ｏ ｙ ｉ ． ｅ ｏ ｄ ｙ ｈ ｅａ ｉ ｎ ｈ ｐ ｂ ｔ ｅ ｎ ｂ ｏ ａｅ ｉ ｌ ｃ ｉａ ｉ ｎ ｌ ｓ ｒ ｔ ｉ ｄ ｏ ｐ ｉ ； ｉ ｈ ａ ｅｅ ｃｉ ｔｄ ａ ｌ ｓ ｔ ｅ ｏｈ ｒ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｆｈ ｍ ｌｓｓ Ｓ ｃ ｎ ｌ，ｔ ｅｒ ｌ ｔ ｓ ｉ ｅｗ ｅ ｉｍ ｔ ｒ ｏ ｏ ｖ ｏ ａ
生物医学材料设计与性能评价
生物医学材料设计与性能评价在现代医学领域中，生物医学材料的设计与性能评价是非常重要的研究领域。
生物医学材料是用于替代、修复和改善人体组织功能的材料，其设计和性能评价直接关系到其临床应用的安全性和有效性。
本文将探讨生物医学材料的设计原则以及常用的性能评价方法。
一、生物医学材料的设计原则1. 生物相容性：生物医学材料在体内应具备良好的生物相容性，即能与周围组织相容，不会引起明显的异物反应或排斥反应。
因此，材料的成分和结构应该尽量接近人体组织，例如生物可降解材料可避免二次手术取出材料，同时其降解产物不会对人体产生有害作用。
2. 机械性能：生物医学材料在体内要能承受相应的力学环境和应力，如骨折修复中的骨板材料需要具有一定的强度和刚性。
同时，材料的弹性模量和韧性也要考虑，以适应人体组织的生物力学特性。
3. 表面性能：生物医学材料的表面性能对其和周围组织的相互作用具有重要影响。
例如，人工心脏瓣膜材料应具有良好的抗凝血性能和抗血栓性能，以避免血栓的形成和植入部位的感染。
4. 透气性和渗透性：生物医学材料在与人体组织接触时，透气性和渗透性也是需要考虑的因素，如人工皮肤材料应具有适当的透气性，以促进组织的呼吸。
二、生物医学材料的性能评价方法1. 组织相容性评价：组织相容性评价是生物医学材料设计的重要一环，其目的是评估材料与人体组织的相互作用以及材料的生物相容性。
常用的评价方法包括细胞毒性实验、细胞附着性实验、组织切片观察及动物模型实验等。
2. 机械性能评价：机械性能评价主要包括材料的力学性能和物理性能。
常用的评价方法包括材料的拉伸试验、弯曲试验、硬度测试、冲击试验等，这些试验可以评估材料的强度、刚度、韧性等。
3. 表面性能评价：表面性能评价主要关注材料与生物体液或血液的界面反应。
常用的评价方法包括水接触角测试、表面粗糙度测试、红细胞接触性测试等。
4. 透气性和渗透性评价：透气性和渗透性评价主要通过测量材料的气体渗透性或液体渗透性来评估材料的透气性和渗透性性能。
生物材料的界面特征和生物学行为
生物材料的界面特征和生物学行为生物材料的界面特征与生物学行为生物材料是一种广泛应用于医用、生命科学及环保等领域的材料。
它的特殊性质主要在于它与生物体结构间密切的相互作用，并产生重要的生物学行为。
这其中最为关键的是材料的界面特征，即材料表面所呈现的特定的形态和物化性质，它们直接影响了材料的体内生物学行为。
这篇文章旨在探讨生物材料的界面特征与生物学行为之间的关联。
一. 界面特征对细胞黏附与迁移的影响在生物体内，生物材料常与细胞或组织直接接触。
当材料表面具有良好的生物相容性时，细胞可以黏附于其表面，并在上面生长、繁殖。
这种接触通常通过材料表面的化学组成和形态来控制。
例如，某些表面含有羟基或胺基的材料表现出更好的细胞黏附性与增殖活性；而某些特殊的几何形态，如微颗粒、聚集体或纳米结构，也能够有效地增强细胞的黏附与生长能力。
因此，材料的表面形态及其生物相容性直接影响了细胞对其的黏附与生长反应，从而进一步判断该材料的生物学行为。
除了细胞黏附外，还有一种重要的生物学行为是细胞迁移。
在生物材料的界面上，细胞的移动可受到许多因素的影响，包括材料表面的化学成分、微观结构、表面电荷、机械属性等等。
例如，某些蛋白质类的生物材料可诱导细胞朝特定方向迁移；而具有一定表面粗糙度或构造特殊的生物材料，则可以增强细胞的运动能力。
这些界面特征对细胞黏附和迁移的调控作用，使得某些生物材料可以被设计成为一种极好的组织工程材料。
二. 界面特征对分子识别和生物反应的作用材料的表面结构也会影响分子与生物物质的互动。
分子自组装、特异性识别是在生物过程中成为表现材料生物相容性以及其羧化、磷酸化、亲水性和亲油性等信息的一些方法。
基于这些原则，设计的生物材料则可作为生物组织的模拟、重构甚至侵入人体。
例如，利用具有识别肿瘤标志物能力的人工分子，可制作出一种高精度的柔性生物材料，有效地实现对癌细胞的识别与定位。
在表表体类分子的研究中，蛋白质降解片段、糖基化肽和核酸融合蛋白等生物标记物也被广泛地应用于表面材料的制备。
PMAE抗凝血材料的研究进展与应用
PMAE抗凝血材料的研究进展与应用【摘要】聚甲基聚乙二醇丙烯酸酯（PMEA）类抗凝血涂层是一类重要的生物相容性材料。
因其结构中的PEG长链结构可以减少了蛋白质变性及血小板黏附，最终减缓了血栓的形成。
近年来，大量的动物实验和临床试验证明其有很好的临床效果。
而且在国外此类产品已经逐渐普及，但在国内尚很少使用。
【关键词】聚甲基聚乙二醇丙烯酸酯；抗凝血涂层；生物相容性０前言对抗凝血材料的研究可以追溯到上世纪40年代。
由于心血管手术的发展，需要大量与血液接触装置如：体外装置、血管移植物以及导管等。
但随后发现，这些高分子材料植入体内与血液接触后，会引起蛋白质分子在材料表面的吸附，进而诱发血液的凝固以致形成血栓[4、5] 。
因此，血液接触的生物医用材料表面的抗凝血处理就成为了一个研究热点。
要解决血液相容性问题首先要了解材料的凝血过程及机理。
１血液在材料表面的凝血机理当普通的生物医用材料与血液接触时，在1到2分钟内就会在材料表面产生凝血现象。
一般认为：血液的凝血分为两个过程。
[1-3]首先，血浆在几秒钟内蛋白吸附在材料表面，形成厚度大约20nm的蛋白质吸附层。
这一过程对血栓的形成起重要作用,而且与材料的表面性质密切相关。
其次，吸附在材料表面的蛋白质变性,在Ca2+存在的条件下,将引起血小板的粘附、聚集、释放反应，结果导致血小板血栓的形成。
与此同时，血液中的凝血酶原通过级联反应的方式被快速激活，生成凝血酶。
凝血酶催化可溶性的纤维蛋白原转化为不溶的纤维蛋白。
纤维蛋白自发地聚合形成纤维网，加上被吸附积淀下来的血小板，使血液的流动性下降，最后凝结成块状物即形成血栓。
在形成血栓的整个过程中，蛋白质的吸附和血小板的粘附、聚集及释放反应还有促凝酶的产生，协同作用，相互促进，不断加速血栓的形成。
因此其中最核心的过程是蛋白质吸附层的存在导致血小板粘附而出现的凝血[3－9]。
２PMEA结构与抗凝血性能的关系聚甲基聚乙二醇丙烯酸酯（PMEA）类抗凝血涂层是聚2-甲氧基丙烯酯和其他丙烯酸酯类的共聚而成的涂层，具有良好生物相容性、机械强度和加工成型性能。
生物医学材料的生物相容性与性能评价
生物医学材料的生物相容性与性能评价1. 引言在生物医学领域中，材料的生物相容性与性能评价是非常重要的。
生物相容性是指材料与生物体接触时对其无毒、无刺激、无过敏等不良反应的能力。
合适的生物相容性对于材料的应用和临床效果起着决定性的作用。
本文将探讨生物医学材料的生物相容性与性能评价的相关内容。
2. 生物相容性评价生物相容性评价是研究材料与生物组织相互作用的过程，主要包括体外和体内评价。
体外评价是通过离体试验测试材料与生物体外界面的相容性。
常用的方法包括细胞毒性测试、溶出测试和材料表面性质分析等。
细胞毒性测试主要通过培养人类细胞或动物细胞与材料接触，观察细胞的存活情况来评价材料对细胞的毒性。
溶出测试则是通过将材料浸泡在模拟体液中，测定溶出液对生物体的影响。
表面性质分析可以利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）等方法评估材料表面性质，了解其对生物体的影响。
体内评价是通过将材料植入活体动物体内，观察其对生物体的影响。
体内评价可以分为急性毒性测试和亚慢性/慢性毒性测试两个阶段。
急性毒性测试是在材料植入后的短期内观察其对生物体的反应，如炎症反应、组织坏死等。
亚慢性/慢性毒性测试则是在较长的时间内观察材料对生物体的长期影响，如组织修复、材料降解等。
通过体内评价，可以更全面地了解材料在生物体内的性能和相容性。
3. 生物相容性的评价指标生物相容性的评价指标主要包括生物材料的免疫相容性、炎症反应、血液相容性和组织相容性等。
免疫相容性是指材料是否会引发宿主的免疫反应。
对于植入性材料来说，免疫抗应激性能够更好地降低材料的排异反应。
炎症反应是材料与宿主组织交互作用的一种反应，可以通过观察局部红肿、渗出等症状评价。
血液相容性是指材料在血液中的相容性，如对血小板的聚集、凝血等影响。
组织相容性是指材料与组织之间的相互作用，主要取决于材料的表面特性和形态结构，如材料的粗糙度、刚度等。
4. 材料性能评价除了生物相容性之外，材料的性能评价也是十分重要的。
生物材料的表面和界面
（3）提高耐磨性能 金属人工关节表面涂覆超高分子量聚乙烯。
3.3 表面改性方法
¾ 机械表面改性 ¾ 物理表面改性 ¾ 化学表面改性
3.3.1 机械表面改性
¾ 机械表面加工和表面处理的作用
目的在于改变材料的表面粗糙度
（1）提高表面光泽度
改善血液相容性、减小摩擦
从一个相到另一个相之间的区域称为界面(interface). 表界面尺寸：可以是一个原子层或多个原子层，其厚 度随材料的种类不同而不同。 在物质的气、液、固三态中，除了两种气体混合能完 全分散均匀而不能形成界面外，三种相态的组合可构成五 种界面：液－气，液－液，固－气，固－液，固－固。
1.2 固体表面分类
可分为两种形式：一是改变材料表面的化学 成分或结构；二是在原材料表面形成另外一层物 质来达到改变其特性的目的。
表面改性方法：机械方法、物理方法和化学 方法。
（3）材料表面性能的表征
2.2 生物材料的表面物理形态
（1）表面粗糙度r : 实际表面积与光滑表面积之比值
表面粗糙度测定方法简介: 轮廓算数平均偏差(Ra)--arithmetical mean deviation of the profile； 微观不平度十点高度(Rz)--the point height of irregularities； 轮廓最大高度(Ry)--maximum height of the profile。
特点：物理吸附过程中没有没有电子转移、没有化学 键的生成和破坏，没有原子重排等等，产生吸附的只是范 德华力(定向力/偶极力、诱导力、色散力作用力)。 (2) 化学吸附
外来原子在固体表面上形成吸附层由化学键作用力引 起，则此吸附称为化学吸附。
羧基化氧化石墨烯的可控合成及血液相容性
Vol.33高等学校化学学报No.112012年11月 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 2378~2384羧基化氧化石墨烯的可控合成及血液相容性汤毅达1,2,周宁琳1,2,3,陆春燕1,2,金素星1,2,吴 悦1,2,3,沈 健1,2,3(1.南京师范大学化学与材料科学学院,江苏省生物医药功能材料工程研究中心,南京210046;2.江苏省生物功能材料重点实验室,南京210046;3.南京大学江苏省表面与界面工程技术研究中心,南京210093)摘要 采用自由基引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)作为功能改性剂,通过AIBN 分解产生的异丁腈自由基进攻氧化石墨烯上五元环与七元环的缺陷点,形成氰基改性氧化石墨烯中间体,再通过水解反应制得羧基化氧化石墨烯[GeneO C(CH 3)2 COOH]纳米材料.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR),X 射线衍射(XRD),热重分析(TGA)和原子力显微镜(AFM)等方法对合成的材料进行了表征,并采用复钙时间测试考察了材料的血液相容性.研究结果表明,氧化石墨烯中羧基的含量可以通过调整AIBN 和GeneO 的投料比来控制.本方法不但可提高氧化石墨烯的羧基含量,而且可使其具有良好的血液相容性.关键词 羧基化氧化石墨烯;偶氮二异丁腈;血液相容性中图分类号 O613.71 文献标识码 A doi :10.7503/cjcu20120342收稿日期:2012⁃04⁃13.基金项目:江苏省自然科学基金(批准号:BK2009408)㊁国家自然科学基金(批准号:20874047)㊁江苏高校优势学科建设工程资助项目和江苏省产学研前瞻性联合研究项目(批准号:BY2011109)资助.联系人简介:周宁琳,女,博士,教授,博士生导师,主要从事生物医用功能材料的制备与研究.E⁃mail:zhouninglin@ 自从2004年Firsov 等[1]发现石墨烯以来,石墨烯以其优良的性能成为科学研究的一个热点[2~6].氧化石墨烯(GeneO)与石墨烯的结构相似,也是碳原子在一维平面的无限延伸,只是在其表面含有羟基㊁环氧基和羧基等基团[7].由于氧化石墨上键连了大量的羟基㊁羧基和环氧基以及层间水的支撑作用,更利于实现氧化石墨烯的单片剥离及连续化制备.同时,各种官能团还赋予氧化石墨烯片优良的化学活性和浸润性能,并使其表面带负电,能够在水中(或碱水中)形成纳米级分散,从而为氧化石墨烯的复合应用或纳米有序组装奠定良好的基础[8,9].石墨通过氧化得到氧化石墨,再通过超声分散得到氧化石墨烯,目前比较常用的氧化石墨的合成方法是化学氧化法,包括Brodie 法[10]㊁Standenmaier 法[11]和Hummers 法[12].近年来,随着石墨烯的开发,关于氧化石墨烯的功能化改进与开发也成为研究热点,氧化石墨的表面富含大量的含氧功能团,剥离后的氧化石墨片层具有很大的比表面积.氧化石墨烯的表面化学组成对材料的力学性能和生物学性能有很大影响.氧化石墨烯在溶剂中的分散性能不佳,在溶剂中的溶解性也有待提高,在高分子基体中存在分散不均匀等问题,因此需要对氧化石墨烯进行改性.Paredes 等[13]研究了氧化石墨烯在不同有机溶剂中的溶解性能;Dai 等[14]利用氯乙酸法合成了一种羧基改性的氧化石墨烯,并将氧化石墨烯聚乙二醇化形成NGO⁃PEG 复合物用于药物载体和细胞成像等方面的研究.羧基改性的氧化石墨烯在功能化氧化石墨烯的制备中占有重要地位,通过氧化石墨烯表面活泼羧基的酰胺化或酯化反应,可使各种有机小分子㊁高分子㊁生物大分子以及含有活泼基团的功能材料被共价键合到氧化石墨烯上.目前,主要是利用氯乙酸对氧化石墨烯进行羧基功能化,以活化氧化石墨烯表面的环氧基和羟基,使其转变成为羧基,从而提高其溶解性和生物学性能[14~16].然而,氯乙酸是一种有毒试剂,使其在应用中受到了限制,因此开发一种绿色环保且羧基含量可控的羧基化氧化石墨烯的方法具有重要意义.本文采用一种新的功能改性剂对氧化石墨烯进行羧基化改性.将氧化石墨烯均匀分散在有机溶剂中,加入改性剂偶氮二异丁腈(AIBN),在惰性气体中反应形成氰基改性氧化石墨烯中间体,再经过水解反应制得羧基化氧化石墨烯;并对其结构和血液相容性进行了研究.1 实验部分1.1 试剂与仪器石墨(国药集团化学试剂有限公司,粒度≤30μm);发烟硝酸(A.R.级,上海化学试剂有限公司);氯酸钾(A.R.级)和偶氮二异丁腈(C.P.级)(上海试四赫维化工有限公司);N ,N′⁃二甲基甲酰胺(A.R.级)和甲醇(A.R.级,国药集团化学试剂有限公司);氢氧化钠(A.R.级,西陇化工有限公司);成人全血由江苏省血液中心提供;其它试剂均为分析纯;实验用水为二次蒸馏水.KQ⁃400KDE 型高功率数控超声波清洗仪(昆山市超声仪器有限公司);透析袋(透过分子量:8000~10000,中号).1.2 羧基功能化氧化石墨烯的制备1.2.1 氰基改性氧化石墨烯的制备 氧化石墨采用改良的Brodie 法[17]进行制备.GeneO 胶状溶液参照文献[15]方法制备.将偶氮二异丁腈进行重结晶,储存在阴凉干燥处待用.将0.1g 合成的GeneO 溶于40mL DMF 中,超声分散均匀,搅拌下加入不同质量比的AIBN [m (GeneO)∶m (AIBN)=1∶10~1∶60],抽真空,通入氮气,于70℃搅拌反应5h.将反应产物抽滤,用DMF 洗涤3次,于40℃真空干燥过夜,得到中间体GeneO C(CH 3)2 CN.1.2.2 羧基化氧化石墨烯的制备 将上述氰基改性氧化石墨烯0.1g 溶于10mol /L 的NaOH /CH 3OH溶液中,于90℃搅拌回流反应48h.反应结束后,用HCl 调节pH 至3.0,抽滤,用二次水洗涤产物至中性,得羧基化改性氧化石墨烯[GeneO C(CH 3)2 COOH].1.3 分析测试1.3.1 红外光谱分析 红外光谱分析采用FTIR Nexus670型(Nicolet)红外光谱仪,KBr 压片,分辨率4cm -1,扫描次数64次,扫描范围4000~400cm -1.1.3.2 X 射线衍射分析 X 射线衍射分析采用日本理学D /MAX_rC 型转靶X 射线衍射仪,Cu 靶,Kα射线,管电压40kV,管电流100mA,扫描速度2°/min.1.3.3 热重分析 热重分析采用美国Perkin⁃Elmer 公司的7系列热重分析仪,测试条件:高纯氮气氛围,升温速率为10℃/min,气流量为50mL /min.1.3.4 原子力显微镜表征 考察了GeneO C(CH 3)2 COOH 材料在疏水性溶剂(N ,N′⁃二甲基甲酰胺)与亲水性溶剂(水)中的分散情况.配置适宜浓度的GeneO C(CH 3)2 COOH 溶液,将样品溶液滴加在新鲜剥离的云母片层上,自然晾干.用Aglient Series 5100AFM /STM 仪器在轻敲模式下观测,针尖为硅针尖(Olympus ACT160TS,Japan),图像通过Flatten 软件处理.1.3.5 羧基官能团含量的测定 采用透析法与返滴定法相结合,测定了GeneO C(CH 3)2 COOH 中酸性官能团的含量.配制HCl 标准溶液,标定备用.称取一定量的GeneO C(CH 3)2 COOH 溶解于水中,加入过量的NaOH 固体,将上述液体加入到透析袋中,将透析袋浸入到水中,每隔12h 换一次水,收集换取后的水.向所收集的水样中滴入甲基橙试剂2滴,用HCl 标液进行滴定,当溶液由黄色变成橙色时即为滴定终点.记录所用HCl 的体积,通过返滴定法公式计算 COOH 的含量.返滴定法公式如下:Content of COOH =m (NaOH)M r (NaOH)×1000-c (HCl)×V (HCl)m (Sample)1.4 血液相容性评价采用复钙实验评价了羟基化氧化石墨烯的血液相容性.取10mL 血液,以1000r /min 转速离心分离10min,取上清液及血浆备用.取不同浓度的样品溶液㊁离心后的血液上清液和CaCl 2各100μL 加入到96孔板中,用BioTek synergy2型酶标仪在405nm 下测定复钙时间动力学曲线.9732 No.11 汤毅达等:羧基化氧化石墨烯的可控合成及血液相容性2 结果与讨论2.1 氧化石墨烯的羧基功能化采用自由基引发剂偶氮二异丁腈作为功能改性剂,利用其在一定温度下分解形成的异丁腈自由基进攻氧化石墨烯上五元环和七元环的缺陷点,形成氰基改性氧化石墨烯中间体,再通过水解反应形成羧基改性氧化石墨烯纳米材料(见Scheme 1).其羧基含量可通过调整偶氮二异丁腈的加入量来控制,且接枝在氧化石墨烯上的长链基团的空间位阻作用及极性基团间的相互作用能有效避免氧化石墨烯片层的聚集作用,形成分散性良好的羧基化氧化石墨烯片层.Scheme 1 Reaction process of carboxyl graphene oxide2.2 FTIR 分析图1为合成的氰基改性氧化石墨烯中间体的红外光谱图.可见,随着AIBN 含量的增加,2250cm -1处的氰基特征峰逐渐增强,表明已经形成氰基改性的氧化石墨烯(低含量时由于检测仪器所限,氰基特征峰不明显).Fig.1 FTIR spectra of GeneO (a ),GeneO AIBN withdifferent mass ratios of GeneO to AIBN (b g )and AIBN (h )m (GeneO)∶m (AIBN):b .1∶10;c .1∶20;d .1∶30;e .1∶40;f .1∶50;g .1∶60. Fig.2 FTIR spectra of synthesized GeneO C (CH 3)2 COOH with different mass ratios of GeneO to AIBN m (GeneO)∶m (AIBN):a .1∶10;b .1∶20;c .1∶30;d .1∶40;e .1∶50;f .1∶60.将合成的氰基改性氧化石墨烯进行水解反应即可制得羧基改性氧化石墨烯.图2为合成的GeneO C(CH 3)2 COOH 的红外光谱图.可见,水解产物的羧基吸收峰比较明显(1740和1630cm -1),3440cm -1附近具有强的羟基特征吸收峰,这可能是由于改性氧化石墨烯表面吸附的水分子所致.当m (GeneO)∶m (AIBN)=1∶50时,GeneO C(CH 3)2 COOH 的羟基吸收峰明显增强,同时峰宽也增大,可以认定m (GeneO)∶m (AIBN)=1∶50为较好的反应比例.由图2可见,2250cm -1附近的CN 特征吸收峰基本消失,表明水解反应后GeneO C(CH 3)2 CN 接枝的 CN 已基本水解为羧基.2.3 XRD 分析图3为GeneO,GeneO C(CH 3)2 CN 和GeneO C(CH 3)2 COOH 的X 射线衍射图.可见,氧0832高等学校化学学报 Vol.33 化石墨烯的层间距为0.84nm,经过偶氮二异丁腈改性后的层间距为0.90nm,表明改性使大片层间的距离变大;经过进一步的水解后,GeneO 的d (001)级衍射峰消失(图3谱线c ),表明GeneO C(CH 3)2 COOH 得到了完全剥离.Fig.3 XRDpatterns of GeneO (a ),GeneO C (CH 3)2 CN (b )and GeneO C (CH 3)2 COOH (c )Fig.4 TGA curves of GeneO (a ),GeneO C (CH 3)2 CN (b )and GeneO C (CH 3)2 COOH (c )2.4 TGA 分析图4为GeneO,GeneO C(CH 3)2 CN 和GeneO C(CH 3)2 COOH 的热重曲线.对于GeneO,120℃以前表观水的失重为3%,初始分解温度为382℃;382~450℃时GeneO 片层上的极性基团失重约18%.对于GeneO C(CH 3)2 CN,120℃以前表观水的失重约为3%,初始分解温度为194℃;194~220℃时氧化石墨烯表面接枝的极性基团失重约为26%.而对于GeneO C(CH 3)2 COOH,120℃以前表观水的失重约为4%,初始分解温度为380℃;120~380℃时失重约为9%;380~690℃时GeneO C (CH 3)2 COOH 片层上的极性基团失重约为43%.由表观失水比例可见,GeneO C(CH 3)2 COOH 的吸水率高于GeneO 和GeneO C(CH 3)2 CN.由极性基团失重比例可见,GeneO C(CH 3)2 COOH 片层上极性基团的数量明显高于GeneO 片层上极性基团的数量,表明经过改性后GeneO C(CH 3)2 COOH 片层接枝了更多的极性基团.Fig.5 AFM images of GeneO C (CH 3)2 COOH dispersed in different solutions (A)DMF solution,5mg /mL;(B)aqueous solution,0.4mg /mL;(C)aqueous solution,2mg /mL.2.5 AFM 分析图5的AFM 照片示出了GeneO C(CH 3)2 COOH 在不同分散液中的分散状态.由图5(A)可见,在DMF 溶液中,GeneO C(CH 3)2 COOH 主要呈小片层状分布,宽约0.5μm,长约0.8μm,片层厚度约0.8nm,表明GeneO C(CH 3)2 COOH 基本剥离成单片层状态.虽然表面有接枝基团,但根据相似相容原理, C(CH 3)2 COOH 作为亲水性基团与DMF 存在一定的排斥作用,使GeneO 表面亲水1832 No.11 汤毅达等:羧基化氧化石墨烯的可控合成及血液相容性性链段 C(CH3)2 COOH并未完全地展开,导致片层厚度小于1nm.由图5(B)和(C)示出了GeneO C(CH3)2 COOH分散于水溶液中的形貌,在低浓度(0.4mg/mL)时, GeneO C(CH3)2 COOH主要呈小片层状分散,片层的长和宽均约为0.5μm,片层厚度约1.2nm.通常,越是亲水的表面,水与表面的相互作用越大,在界面易形成水化层[15],使GeneO表面接枝的 C(CH3)2 COOH基团能充分伸展,因此GeneO C(CH3)2 COOH在亲水性溶液中片层厚度比疏水性溶液中的大.在高浓度(2mg/mL)时,GeneO C(CH3)2 COOH主要呈现大片层分散形貌,可能是由于溶液中GeneO C(CH3)2 COOH片层上接枝的 C(CH3)2 COOH基团之间具有一定的氢键作用,使小片层趋于团聚,形成的大片层团聚长约4μm,宽约3.5μm,厚度约1.2nm,与低浓度下的片层厚度基本一致.2.6 羧基官能团的含量所合成的GeneO C(CH3)2 COOH表面羧基的含量决定了后续反应中通过酰胺化或酯化反应接枝的有机小分子㊁高分子或生物大分子的数量.采用透析法与返滴定法相结合测定了GeneO C(CH3)2 COOH中的 COOH含量.图6为AIBN与GeneO以不同配比合成的GeneO C(CH3)2 COOH中羧基的含量曲线.可见,随着AIBN与GeneO反应比例的增大,水解后的产物GeneO C(CH3)2 COOH中的羧基含量逐步增加,当GeneO与AIBN反应比例为1∶50时,羧基含量的增速逐步减缓;继续增加二者的比例,羧基含量变化不大,基本趋于平缓.结合粒径分析及考虑到反应的优化性,实验选取GeneO与AIBN的质量比为1∶50作为改性反应的最佳比例.Fig.6 Carboxyl content curve of GeneO C(CH3)2 COOH synthesized with different ratios of AIBN to GeneO Fig.7 Solubility of GeneO C(CH3)2 COOH in H2O(A)and DMF(B)The concentrations are2mg/mL.将合成的GeneO C(CH3)2 COOH分别溶于水和DMF中(浓度均为2mg/mL),在室温下超声10min后,静置5min拍摄其照片(图7).可见,GeneO C(CH3)2 COOH在水和DMF中均能均匀分散,有利于后续的改性反应.2.7 血液相容性分析表面亲水性被认为是具有良好的血液相容性的特征之一[18].前文[19,20]利用计算机模拟初步探讨了材料表面不同官能团与血液蛋白片断相互作用的分子动力学原理,表明亲水性表面通常具有良好的生物相容性.羧基化氧化石墨烯作为潜在的生物应用材料,需要考察其血液相容性.因此利用复钙实验评价了GeneO C(CH3)2 COOH材料的血液相容性.复钙时间实验是一种评价内源性凝血系统功能的方法,其原理是在去Ca2+的血浆中重新加入适量的Ca2+,使可溶性的纤维蛋白原转化为可溶性纤维蛋白,进而使可溶性纤维蛋白交联成不溶物 血栓,其内源性凝血过程得以重新恢复所需要的时间即为复钙时间.当血液中纤维蛋白原及凝血酶原等凝血因子缺乏或有抗凝物质存在时,复钙时间会有所延长.通常血浆凝固时间越长,其血液相容性越好.由图8可见,不同浓度的GeneO C(CH3)2 COOH样品的复钙时间均比纯血浆(Platelet⁃Poor Plasma,PPP)明显延长,且呈现一种先增大后下降的趋势,总体复钙时间均大于纯血浆的复钙时间.在1,5和10μg/mL的低浓度下,其复钙时间分别为69,126和139min,比纯血浆复钙时间分别增加2832高等学校化学学报 Vol.33 了200%,447%和504%.在50和100μg /mL 的高浓度下,溶液的复钙时间有所降低,但也达到了96和63min,比纯血浆复钙时间分别增加了317%和173%.正常人体血管壁内皮细胞的电位值为负值,血液中的红细胞㊁白细胞及血小板等均为负电性,在水溶液中羧基修饰材料的 COOH 可以部分电离而带负电,带负电的 COO -不易与血液中的物质发生黏附及其它相互作用[15].在低浓度下,GeneO C(CH 3)2 COOH 可较好地分散,与血液接触充分,易于发挥其表面羧基的特性,不易发生黏附;而在高浓度下,GeneO C(CH 3)2 COOH 本身趋于集中,使表面的 COOH 官能团被包裹,反而不利于其与血浆进行作用,导致复钙时间有所降低.Fig.8 Plasma recalcification time of different concentrations of GeneO C (CH 3)2 COOH samples(A)a .1μg /mL;b .5μg /mL;c .10μg /mL;d .50μg /mL;e .100μg /mL;f .positive control;g .negative control.(B)a.1μg /mL;b.5μg /mL;c.10μg /mL;d.50μg /mL;e.100μg /mL;f.PPP+CaCl 2.3 结 论采用自由基引发剂偶氮二异丁腈作为功能改性剂,合成了新型的羧基化氧化石墨烯GeneO C(CH 3)2 COOH,其在H 2O 和DMF 中呈现单片层或多片层分散.通过FTIR,XRD,TGA 和AFM 等对该化合物的结构进行了表征.采用透析法与反滴定法相结合,考察了改性氧化石墨烯的羧基含量,结果表明,通过调控AIBN 和GeneO 的配比,能可控合成具有不同羧基含量的改性氧化石墨烯,为后续的功能化改性奠定了基础,实现了可控合成羧基化氧化石墨烯.采用复钙时间实验对合成的GeneO C(CH 3)2 COOH 进行血液相容性表征.结果表明,不同浓度下GeneO C(CH 3)2 COOH 悬浊液的复钙时间比纯血浆空白样明显延长,其最高值也明显低于纯血浆空白样,表明材料具有良好的血液相容性,在生物医用领域具有潜在的应用价值.参 考 文 献[1] Novoselov K.S.,Geim A.K.,Morozov S.V.,Jiang D.,Zhang Y.,Dubonos S.V.,Grigorieva I.V.,Firsov A.A..Science[J],2004,306(5696):666 669[2] Geim A.K.,Novoselov K.S..Nature Materials[J],2007,6:183 191[3] FU Qiang(傅强),BAO Xin⁃He(包信和).Chin.Sci.Bull.(科学通报)[J],2009,54:2657 2666[4] YUAN Xiao⁃Ya(袁小亚).J.Inorg.Mater.(无机材料学报)[J],2011,26(6):561 570[5] HE Wei(何卫),ZOU Liang⁃Liang(邹亮亮),ZHOU Yi(周毅),LU Xiang⁃Jun(卢向军),LI Yuan(李媛),ZHANG Xiao⁃Gang(张校刚),YANG Hui(杨辉).Chem.J.Chinese 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Science,Nanjing Normal University,Nanjing210046,China;3.Jiangsu Technological Research Center for Interfacial Chemistry and Chemical Engineering,Nanjing University,Nanjing210093,China)Abstract Carboxyl modifiedgraphene oxide is important in the preparation of functionalized graphene oxide (GeneO).In this work,the free radical initiator agent azobisisobutyronitrile(AIBN)was functioned as a modifier.AIBN could be separated into isobutyronitrile radicals to attack the five⁃membered ring and seven⁃membered ring defects in the graphene oxide.Then the cyanogroup⁃modified graphene oxide intermediates were formed,and the carboxyl graphene oxide[GeneO C(CH3)2 COOH]could be obtained through the hydrolysis reaction.The structure and properties of GeneO C(CH3)2 COOH were characterized by Fourier transform infrared spectroscope(FTIR),X⁃ray diffraction(XRD),thermo gravimetric analyzer(TGA)and atomic force microscope(AFM).And the blood compatibility of GeneO C(CH3)2 COOH was evaluated by recalcification time test.It was showed that the recalcification time gradually decreased as the increasing con⁃centration of GeneO C(CH3)2 COOH,indicating that the material had good blood compatibility.Carboxyl group content could be controlled by the mass ratio of AIBN to GeneO.This method not only could increase the carboxyl content of oxidized graphene,but also made the material have a good blood compatibility. Keywords Carboxyl graphene oxide;Azobisisobutyronitrile;Blood compatibility(Ed.:H,Z,K)。
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粗糙度对血液 相容性的影响
2.表面化学性质
生物材料表面化学组成和化学成分可以表现在材料的亲疏水性上。 一般来讲, 亲水性表面要比疏水性表面吸附蛋白量少, 容易引起白蛋白变 性, 也容易解吸。但是也不是说, 亲水性越强, 抗凝血性能越好。亲水性 表面容易引起吸附蛋白的解吸, 而疏水性表面吸附牢固, 疏水性表面使吸 附蛋白构象发生变化较亲水性表面大。一些研究表明, 抗凝血性能需要材
2.DLC影响血液相容性的因素
研究发现：类金刚石薄膜的性质大部分取 决于碳元素SP2和SP3结构的相对比率；膜的 硬度和密度又与其含氢量有关。因此：
表面粗 糙度
影响DLC薄膜 血液相容性的 表面界面因素
SP2/SP3
表面张力
γ sd/γ spቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
含氢量
表面粗糙度
γ sd/γ sp
表面张力
粗糙度0.1-0.2μm范围内，体外动态凝血 时间较长，远离这个范围凝血时间变短； 但血小板消粘附与聚集随粗糙度正相关。
四、类金刚石膜与血液的相互作用
1.类金刚石
类金刚石(DLC)：一种碳元素以sp3和 sp2键的形式结合生成的亚稳态材料， 兼具了金刚石和石墨的优良特性； 高硬度、高电阻率、良好光学性能、 优秀的摩擦学特性、化学惰性、生物 相容性、耐摩擦性； 非晶薄膜，可分为无氢和氢化两类； 广泛用于心脏瓣膜、人工关节、人工 骨等方面。
•Niylas等人把生物材料的表面张力分解为γ sd和γ sp两个部分, 通过实验发现极性 分数γ sd/γ sp是影响生物材料血液相容性的决定因素； •Kaeble提出, 提高材料表面的色散力分量, 有助于提高材料表面吸附蛋白层的 稳定性, 从而提高血液相容性；但是极性分量增加则使材料优先吸附白蛋白, 而 色散分量增加则材料优先吸附纤维蛋白原； •Ratner指出生物材料表面亲水性和疏水性必须达到某种平衡材料才具有良好 的血液相容性； •E. Ruckenstein总结: 材料表面能各分量的大小必须接近于他们各自对应的血 液有形成分表面的各分量的大小, 使它们的界面自由能很低, 但又不能使界面张 力为零或太小时，可获得较好的血液相容性。
生物材料表面与界面与血液相 容性关系的研究
报告人:龙辉武 学号:13091075 指导老师:陈俊英
生物材料与血液接触的 相互作用 生物材料表面与界面特 征性质 表面界面特征性能与血 液相容性的关系 类金刚石表面界面与血液 相互作用关系距离介绍
contents
一、生物材料与血液接触的相互作用
生物材料与血液接触导致凝血 ( 血栓形成) 的过程分为 凝血因子激活、血小板粘附与凝聚、红细胞粘附和补体 系统激活等四个途径。
碳素材料γ sd/γ sp<1;极性分量增加使材料多吸附白蛋白，色散 分量增加多吸附纤维蛋白原；高极性分量是材料的看凝血性 能增加；血小板消耗率与γ sd/γ sp无相关关系。 表面张力与血小板消耗率有很好的相关性，是影响血小板粘 附与凝聚的首要因素；表面张力增加，蛋白吸附层更稳定， 血小板粘附减少。 含氢量与动态凝血时间有很好的相关性，越高时间越 段；但对于血小板粘附与聚集，适当的含氢量有利于 提高材料抗血小板粘附能力。 SP3含量增加，动态凝血时间会减少；但是适当的SP3由 利于降低血小板的粘附与聚集；过高或过低的杂化比都会 引起血小板的剧烈粘附。
含氢量
表面粗糙度
界面张力
结论
表面张力极性分量高、表面光滑、含氢量和SP3 含量恰当、表面张力和界面张力在一定的范围内
二、生物材料的表面特征参数
生物材料表面主要包括四个方面的性能: 表面物理形态、 表面化学形态、表面电性能和表面能量。
三、材料表面特征参数对抗凝血性能的影响
1.表面物理形态
粗糙度过高，使血液流动产生 停滞或涡流，引起凝血 光洁玻璃表面凝血也很严重 表面粗糙度的影响具有不确定性, 也可能是因为表 面粗糙度不是影响血液相容性的重要因素 表面宏观光滑, 微观多相分离结构 材料具有优良的血液相容性
含氢量
SP3/SP2
3.表面界面各因素对血液相容性影响的定量关系
含氢量是影响DLC膜动态凝血时间的首要因素； DLC表面界面因素与抗凝血性能的关联程度为： 含氢量>界面张力>γ sd/γ sp>粗糙度>SP3/SP2 表面粗糙度是影响DLC膜动血小板粘附的首要因素； DLC表面界面因素与血小板粘附的关联程度为： 粗糙度>γ sd/γ sp>界面张力>SP3/SP2>含氢量 界面张力是影响DLC膜红细胞溶血的首要因素； DLC表面界面因素与溶血率的关联程度为： 界面张力>SP3/SP2>表面张力>含氢量>γ sd/γ sp
电荷密度
材料表面的电荷密度 过高, 能损伤血小板 的功能； 因此, 适度的电荷密 度也是影响生物材料 的血液相容性的重要 因素。
例:
纤维蛋白原是一种类似于本征半导体的材料, 要抑制它的电荷转移，
和它接触的生物材料必须具有较小的功函数, 从生物材料的能带图来看, 如果生物材料的禁带较宽, 包含纤维蛋白原的价带和导带, 则纤维蛋白原 很难向材料转移电子而发生构象改变; 如果使生物材料通过掺杂等方法 成为 N 型半导体, 导带存在电子而空穴很少,纤维蛋白原价带电子向材料 转移受到阻碍, 从而使材料显现出良好的血液相容性。
料中亲水性区域和疏水性区域有一个适宜的平衡。
例:
人们通过观察亲疏 表面黏附蛋白的分 布情况发现：
亲水表面吸 附白蛋白 吸附初始白蛋白对血小板吸附有阻滞作用，但 白蛋白随时间失活就会失去对凝血的抑制作用 疏水性表面上吸附上球蛋白分子上的 Fab 部分, 分子上的Fc部分则指向外侧, 由于血小板表面含 有 Fc 受体, 于是表面就容易吸附血小板
疏水表面吸附γ-球 蛋白和纤维蛋白原
3.表面电学特性
表面电荷对抗凝的影响
电性
红细胞、白细胞和血 小板表面带负电荷； 所以一般认为表面带 负电荷的材料具有较好 的血液相容性； 但负电荷同时也是激 活凝血因子XII而导致 内源性凝血的原因（玻 璃、陶瓷）。
微相分离
宏观呈现负电而微观 区域带正电的微相分离 结构才能具有良好的抗 凝血性能； 为了抑制血小板的粘 附,材料总体呈负电荷； 局部微观上为防止凝 血因子活化, 在100埃 范围内带正电荷。
Ec 导带 Ep 价带 Ev 禁带
导带 Ec EF Ev 价带
4.表面能量状态
原理：当异物表面与血液接触时, 由于两者表面张力不同, 必然导致
界面的产生。同时, 产生某种驱动力使血液中活性组分向界面运动以 减少界面张力。表面能大吸附的蛋白多,吸附层稳定, 但引起蛋白质构 象变化也大, 这一对相互矛盾的体系。