生物材料表界面與表面改性

目錄
總序
前言
第1章　生物材料表界面概論　1
1.1　生物材料表界面及其研究意義　2
1.2　主要的生物材料表界面構(gòu)筑手段概述　4
1.2.1　化學(xué)改性方法　4
1.2.2　物理改性方法　5
1.3　主要的生物材料表界面表征方法　6
1.3.1　表面化學(xué)信息的表征　6
1.3.2　表面物理信息的表征　7
1.3.3　計(jì)算機(jī)模擬仿真　7
1.4　生物材料表界面研究和開發(fā)的展望　8
參考文獻(xiàn)　10
第2章　金屬基醫(yī)用材料的常見表面改性方法　19
2.1　等離子體噴涂生物活性涂層及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)　19
2.1.1　離子溶出型生物活性涂層　20
2.1.2　非離子溶出型生物活性涂層　23
2.1.3　等離子體噴涂涂層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)　25
2.2　等離子體浸沒離子注入與沉積技術(shù)及典型實(shí)例　26
2.2.1　等離子體浸沒離子注入與沉積技術(shù)簡介　26
2.2.2　典型實(shí)例　27
2.3　金屬表面化學(xué)和電化學(xué)處理涂層的結(jié)構(gòu)及醫(yī)用性能　38
2.3.1　化學(xué)法　39
2.3.2　電化學(xué)法　42
2.4　金屬表面陽極氧化納米管及其組元負(fù)載　44
2.5　金屬表面微弧氧化涂層的結(jié)構(gòu)及醫(yī)用性能　47
2.6　金屬表面水熱生長涂層的結(jié)構(gòu)及醫(yī)用性能　52
2.7　金屬機(jī)械研磨表面納米化改性層的結(jié)構(gòu)及醫(yī)用性能　55
參考文獻(xiàn)　59
第3章　高分子基醫(yī)用材料的常見表面改性方法　70
3.1　溶液處理方法　70
3.1.1　浸漬法　70
3.1.2　原子層沉積法　73
3.2　等離子體處理和等離子體聚合技術(shù)　73
3.2.1　等離子體刻蝕　75
3.2.2　等離子體植入官能團(tuán)及交聯(lián)反應(yīng)　76
3.2.3　等離子體沉積　77
3.2.4　等離子體聚合　78
3.3　表面接枝方法　79
3.3.1　光化學(xué)接枝　79
3.3.2　輻射接枝　81
3.3.3　臭氧法接枝　82
3.3.4　活性聚合接枝　83
3.4　層層組裝方法　86
3.4.1　靜電相互作用　87
3.4.2　氫鍵相互作用　89
3.4.3　共價(jià)鍵相互作用　91
3.5　高分子材料的金屬化　92
參考文獻(xiàn)　92
第4章　無機(jī)非金屬材料的常用表面改性方法　100
4.1　無機(jī)非金屬材料表面改性的意義及改性方法概述　100
4.2　物理改性方法　102
4.2.1　表面粗糙化改性　102
4.2.2　表面圖案化結(jié)構(gòu)修飾　103
4.2.3　磁控濺射改性方法　105
4.2.4　等離子體處理方法　106
4.2.5　電極化和磁化處理　107
4.3　化學(xué)改性方法　108
4.3.1　仿生礦化　108
4.3.2　微納結(jié)構(gòu)改性　109
4.3.3　活性涂層修飾技術(shù)　111
4.3.4　功能元素?fù)诫s技術(shù)　113
4.4　生物學(xué)改性方法　114
4.5　不同改性方法的聯(lián)合運(yùn)用　116
4.5.1　表面結(jié)構(gòu)修飾聯(lián)合功能元素改性　116
4.5.2　表面結(jié)構(gòu)修飾聯(lián)合表面功能化改性　116
4.5.3　化學(xué)成分聯(lián)合表面功能化改性　117
參考文獻(xiàn)　117
第5章　金屬醫(yī)用材料表面在人體環(huán)境中的腐蝕與控制　124
5.1　金屬生物醫(yī)學(xué)材料腐蝕與控制的特征及意義　125
5.2　腐蝕基本原理　128
5.2.1　腐蝕的必然性　128
5.2.2　腐蝕熱力學(xué)　129
5.2.3　腐蝕動(dòng)力學(xué)　133
5.3　金屬生物醫(yī)學(xué)材料的腐蝕形式及規(guī)律　138
5.3.1　全面腐蝕　138
5.3.2　點(diǎn)腐蝕　139
5.3.3　電偶腐蝕　140
5.3.4　縫隙腐蝕　141
5.3.5　應(yīng)力腐蝕開裂　142
5.3.6　摩擦腐蝕　142
5.4　腐蝕電化學(xué)研究方法　143
5.4.1　電極電位法　143
5.4.2　極化曲線　144
5.4.3　電化學(xué)阻抗譜　145
5.4.4　電化學(xué)噪聲　146
5.4.5　體外測試與體內(nèi)腐蝕電化學(xué)研究　146
5.5　腐蝕的防護(hù)與控制　147
5.5.1　正確選材　147
5.5.2　材料設(shè)計(jì)及優(yōu)化　147
5.5.3　表面處理與改性　148
5.5.4　表面涂層及功能化　149
5.6　典型金屬生物醫(yī)用材料的腐蝕與控制　150
5.6.1　鈦及鈦合金　150
5.6.2　鎂及鎂合金　152
參考文獻(xiàn)　154
第6章　高分子水凝膠復(fù)合微球的制備、表界面修飾及在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用　159
6.1　生物醫(yī)用水凝膠微球概述　160
6.2　高分子納米水凝膠及磁性復(fù)合凝膠微球的設(shè)計(jì)制備及其表界面修飾技術(shù)　161
6.2.1　高分子納米水凝膠的制備方法　161
6.2.2　磁性納米粒子及磁性納米粒子簇的制備方法　165
6.2.3　功能復(fù)合凝膠微球的制備及表界面修飾技術(shù)　169
6.3　表界面功能修飾的納米水凝膠和磁性復(fù)合凝膠微球在智能藥物體系中的應(yīng)用　171
6.3.1　簡單環(huán)境響應(yīng)凝膠微球載藥系統(tǒng)　172
6.3.2　多重環(huán)境響應(yīng)凝膠微球載藥系統(tǒng)　179
6.4　高分子凝膠微球及磁性復(fù)合微球的表界面修飾技術(shù)及在疾病診斷中的應(yīng)用　181
6.4.1　在超聲成像體系中的應(yīng)用　181
6.4.2　在磁共振成像中的應(yīng)用　183
6.4.3　在診治一體化體系中的應(yīng)用　184
6.5　磁性復(fù)合微球的表界面修飾及在生物分子富集分離中的應(yīng)用研究　185
6.5.1　選擇性分離富集磷酸蛋白/磷酸肽　186
6.5.2　選擇性分離富集糖蛋白/糖肽　188
6.5.3　選擇性分離富集His-tag蛋白　190
6.5.4　全蛋白提取研究　191
6.6　總結(jié)與展望　191
參考文獻(xiàn)　192
第7章　生物材料表界面的振動(dòng)光譜研究　204
7.1　振動(dòng)光譜簡介　205
7.1.1　分子振動(dòng)　205
7.1.2　紅外光譜和拉曼光譜　206
7.1.3　和頻振動(dòng)光譜　207
7.1.4　表界面振動(dòng)光譜基本工作模式　207
7.2　紅外光譜在生物材料表界面研究中的應(yīng)用　209
7.3　拉曼光譜在生物材料表界面研究中的應(yīng)用　212
7.4　和頻振動(dòng)光譜在生物材料表界面研究中的應(yīng)用　215
7.5　總結(jié)與展望　218
參考文獻(xiàn)　220
第8章　生物材料表面蛋白質(zhì)吸附　225
8.1　蛋白質(zhì)簡介　226
8.2　蛋白質(zhì)吸附研究方法　228
8.2.1　紅外光譜法和拉曼光譜法　228
8.2.2　圓二色譜法　230
8.2.3　橢圓偏振光譜法　230
8.2.4　表面等離子共振法　231
8.2.5　光波導(dǎo)模式譜法　233
8.2.6　紫外-可見光譜法　233
8.2.7　熒光光譜法　234
8.2.8　石英晶體微天平　235
8.2.9　原子力顯微術(shù)　236
8.2.10　光電子能譜法　237
8.2.11　小角X射線散射法　238
8.2.12　放射性標(biāo)記法　238
8.2.13　等溫滴定量熱法　238
8.2.14　飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜法　239
8.2.15　多種研究方法的聯(lián)用　240
8.3　影響蛋白質(zhì)吸附的因素　240
8.3.1　蛋白質(zhì)吸附與蛋白質(zhì)吸入　241
8.3.2　蛋白質(zhì)吸附實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)　241
8.3.3　蛋白質(zhì)吸附研究方法　242
8.3.4　蛋白質(zhì)種類的影響　242
8.3.5　水分子的影響　243
8.3.6　材料的影響　243
8.3.7　其他影響因素　248
8.4　總結(jié)與展望　248
參考文獻(xiàn)　249
第9章　蛋白質(zhì)/細(xì)胞與材料表界面相互作用的數(shù)值模擬　256
9.1　蛋白質(zhì)與材料表界面吸附的分子動(dòng)力學(xué)和蒙特卡羅方法模擬　257
9.1.1　分子動(dòng)力學(xué)方法概述　257
9.1.2　分子動(dòng)力學(xué)的基本原理　258
9.1.3　分子動(dòng)力學(xué)的積分方法　259
9.1.4　分子動(dòng)力學(xué)的力場與系綜　260
9.1.5　蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化相關(guān)指標(biāo)　260
9.1.6　蛋白質(zhì)與表界面相對(duì)位置的影響　263
9.1.7　蛋白質(zhì)殘基與表界面基團(tuán)對(duì)蛋白質(zhì)吸附的影響　263
9.1.8　吸附過程中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化　265
9.1.9　蒙特卡羅方法　268
9.2　耗散粒子動(dòng)力學(xué)方法在蛋白質(zhì)、細(xì)胞與材料表界面作用的模擬　268
9.2.1　DPD方法簡單介紹　268
9.2.2　DPD方法在細(xì)胞、蛋白質(zhì)和材料相互作用領(lǐng)域的應(yīng)用　269
9.2.3　蛋白質(zhì)在生物材料上黏附的DPD模擬　272
9.2.4　剪切受損血小板在膠原蛋白上黏附的DPD模擬　278
9.3　格子玻爾茲曼方法用于細(xì)胞與材料界面作用的模擬　285
9.3.1　格子玻爾茲曼方法簡介　285
9.3.2　格子玻爾茲曼方法的典型算例　287
9.4　血細(xì)胞與血液流動(dòng)的宏觀數(shù)值模擬　288
9.4.1　概論　288
9.4.2　紅細(xì)胞的變形模型　289
9.4.3　紅細(xì)胞的聚集模型　291
9.4.4　宏觀數(shù)值模擬方法　293
9.4.5　一些典型算例　294
9.4.6　小結(jié)　297
參考文獻(xiàn)　297
第10章　生物材料表面改性提高血液相容性的研究　304
10.1　聚乙二醇和聚乙二醇丙烯酸酯的接枝改性　305
10.2　兩性離子聚合物接枝改性　307
10.2.1　磷酸甜菜堿　308
10.2.2　磺酸甜菜堿　311
10.2.3　羧酸甜菜堿　313
10.2.4　類似兩性離子聚合物改性　315
10.3　多糖接枝　316
10.3.1　肝素　316
10.3.2　透明質(zhì)酸　317
10.3.3　殼聚糖　319
10.3.4　葡聚糖　320
10.3.5　海藻酸　321
10.4　生物活性大分子接枝　321
10.4.1　明膠　322
10.4.2　膠原蛋白　325
10.4.3　白蛋白　328
10.4.4　抗體　330
10.4.5　適配體　333
10.5　抗凝劑接枝　335
10.5.1　凝血酶抑制劑接枝　335
10.5.2　凝血調(diào)節(jié)蛋白接枝　338
10.5.3　抗血小板藥物接枝　341
10.6　靶向配體接枝以促進(jìn)生物材料表面內(nèi)皮化　343
10.6.1　RGD多肽　344
10.6.2　REDV多肽　347
10.6.3　CAG多肽　351
10.6.4　YIGSR多肽　352
10.6.5　多肽修飾基因載體以促進(jìn)EC轉(zhuǎn)染和內(nèi)皮化　354
參考文獻(xiàn)　357
第11章　生物材料表面抗菌功能化　374
11.1　生物材料抗菌的需求　375
11.2　抗菌材料　376
11.2.1　生物材料表面的細(xì)菌黏附　376
11.2.2　抗菌材料的分類　376
11.3　生物材料抗菌與組織整合　387
11.4　安全抗菌表面展望　391
參考文獻(xiàn)　391
第12章