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等离子体是一种高能量的物质聚集态,其中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子、光子和自由基等活性粒子。利用等离子体对材料进行处理可引起材料表面的物理变化(如刻蚀、解吸、溅射、注入、激发和电离等)和化学变化(如氧化、分解、交联、聚合和接枝等),以达到改变材料表面特性(包括亲水性、疏水性、粘合性、阻燃性、防腐性、防静电性以及生物适应性)的目的。低温等离子体的电子能量一般约为几个到几十个电子伏特,高于聚合物中常见的化学键能。因此,等离子体可以有足够的能量引起聚合物内的各种化学键发生断裂或重组。表现在大分子的降解,材料表面和外来气体、单体在等离子体作用下发生反应。近年来,等离子体表面改性技术在医用材料改性上的应用已成为等离子体技术的一个研究热点。低温等离子处理分为等离子体聚合和等离子体表面处理。等离子体聚合是利用放电把有(机)类气态单体等离子化,使其产生各类活性物质,由这些活性物质之间或活性物质与单体之问进行加成反应形成聚合膜。而等离子体表面处理是利用非聚合性无机气体(Ar2、N2、H2、02等)的等离子体进行表面反应,通过表面反应在表面引入特定官能团,产生表面侵蚀,形成交联结构层或生成表面自由基,在经等离子体活(化)而成的表面自由基位置,能进一步反应产生特定官能团,如氢过氧化物。较为普遍的是在高分子材料表面导人含氧官能团。如-0Η、-00Η等。还有人在材料表面引入了胺基。在材料表面生成自由基或引入官能团后,就可与其他高分子单体反应进行接枝(即材料表面形成的自由基或官能团引发单体分子与之发生作用)或聚合,或直接在材料表面固定生物活性分子。在低温等离子中由于存在离子和自由电子、自由基,其提供了常规化学反应器中所没有的化学反应条件,既能使原气体中的分子分解,又可以使许多有(机)物单体产生聚合反应。
合成高分子材料无法完(全)满足作为生物医用材料所需要的生物相容性和高度的生物功能要求。为解决这些问题,采用低温等离子体表面改性技术以其特有的优点在生物医用材料中已经被广泛的应用。通过等离子体处理后,能够在高分子材料表面固定生物活性分子,达到作为生物医用材料的目的。
生物医用材料主要有两大类。
第(一)类:
是指用于医疗的能植入生物体或能与生物组织相结合的材料。因此,作为这类生物医用材料除了要具有一定的功能特性和力学性能外,还必须满足生物相容性的基本要求。否则生物体会对材料产生排异反应,材料也会对生物体产生不良影响,如引起炎症、癌症等。一般说来,纯合成材料是不可能同时满足这些要求的。由于生物材料和生物体接触时主要是在表面,因此可以对人工合成的生物材料进行表面改性。其方法主要有两种:一种是将功能材料与生物相容性好的材料复合在一起;另一种是对功能材料进行表面改性,从而使其具备良好的生物相容性。
第二类:
是指用于医疗的生物耗材。如酶标板、细(菌)计数培养皿、细胞培养皿、组织培养皿、培养瓶的亲水处理。经过等离子体处理后细(菌)培养皿表面由疏水变为亲水,并获得支持细胞黏附铺展的能力,并适用于细胞培养。另外,在注射器、医用导管、生物芯片、医用包装材料的印刷等方面也大量的采用低温等离子体技术。