低溫等離子體技術在生物醫(yī)用材料中的應用

合成高分子材料無法完全滿足作為生物醫(yī)用材料所需要的生物相容性和高度的生物功能要求。為解決這些問題，采用低溫等離子體表面改性技術以其特有的優(yōu)點在生物醫(yī)用材料中已經(jīng)被廣泛的應用。通過等離子體處理后，能夠在高分子材料表面固定生物活性分子，達到作為生物醫(yī)用材料的目的。

金屬生物材料是指能植入生物體內(nèi)或能與生物組織相結(jié)合的材料，主要用于對人體某些組織和器官的加固、修復和替代。它包括醫(yī)用不銹鋼、醫(yī)用磁性合金、醫(yī)用鈷合金和形狀記憶合金等。金屬生物材料應具有較好的力學性能和功能特性，在將其植入生物體內(nèi)時，還應滿足生物相容性的要求，避免生物體對材料產(chǎn)生排斥反應，以及材料對生物體產(chǎn)生不良反應。金屬生物材料用于生物體內(nèi)時，由于生理環(huán)境的腐蝕可造成金屬離子向周圍組織擴散，從而導致毒副作用及植入失效。而植入材料和生物體的相互作用僅在表面幾個原子層處，因此，可對金屬材料進行表面改性，使材料的金屬特性與表層生物活性更好地結(jié)合起來，為金屬生物材料的應用打下良好的基礎。金屬生物材料表面改性方法包括化學和物理方法?；瘜W方法屬濕法，工藝操作較復雜，而且需要使用對人體和環(huán)境都有污染的化學試劑。與其相比，低溫等離子體技術屬干法工藝，具有操作簡便，易于控制，處理材料所需時間短，無環(huán)境污染的優(yōu)點，并且對材料表面的作用只涉及數(shù)百納米，基體性能不受影響。在金屬生物材料表面改性方面開創(chuàng)了一條新的途徑，在生物醫(yī)學領域已受到越來越多的重視。

低溫等離子體的電子能量一般約為幾個到幾十個電子伏特，高于聚合物中常見的化學鍵能。因此，等離子體可以有足夠的能量引起聚合物內(nèi)的各種化學鍵發(fā)生斷裂或重組。表現(xiàn)在大分子的降解，材料表面和外來氣體、單體在等離子體作用下發(fā)生反應。近年來，等離子體表面改性技術在醫(yī)用材料改性上的應用已成為等離子體技術的一個研究熱點。低溫等離子處理分為等離子體聚合和等離子體表面處理。等離子體聚合是利用放電把有機類氣態(tài)單體等離子化，使其產(chǎn)生各類活性物質(zhì)，由這些活性物質(zhì)之間或活性物質(zhì)與單體之問進行加成反應形成聚合膜。而等離子體表面處理是利用非聚合性無機氣體(Ar2、N2、H2、O2等)的等離子體進行表面反應，通過表面反應在表面引入特定官能團，產(chǎn)生表面侵蝕，形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)層或生成表面自由基，在經(jīng)等離子體活化而成的表面自由基位置，能進一步反應產(chǎn)生特定官能團，如氫過氧化物。較為普遍的是在高分子材料表面導人含氧官能團。如-OH、-OOH等。還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團后，就可與其他高分子單體反應進行接枝(即材料表面形成的自由基或官能團引發(fā)單體分子與之發(fā)生作用)或聚合，或直接在材料表面固定生物活性分子。在低溫等離子中由于存在離子和自由電子、自由基，其提供了常規(guī)化學反應器中所沒有的化學反應條件，既能使原氣體中的分子分解，又可以使許多有機物單體產(chǎn)生聚合反應。等離子體聚合可提供超薄、均勻、耐磨的連續(xù)薄膜，而且具有較好的粘附性，其他性能也優(yōu)于化學法制備的聚合膜。

生物醫(yī)用材料主要有兩大類。

第一類：

是指用于醫(yī)療的能植入生物體或能與生物組織相結(jié)合的材料。因此，作為這類生物醫(yī)用材料除了要具有一定的功能特性和力學性能外，還必須滿足生物相容性的基本要求。否則生物體會對材料產(chǎn)生排異反應，材料也會對生物體產(chǎn)生不良影響，如引起炎癥、癌癥等。一般說來，純合成材料是不可能同時滿足這些要求的。由于生物材料和生物體接觸時主要是在表面，因此可以對人工合成的生物材料進行表面改性。其方法主要有兩種：一種是將功能材料與生物相容性好的材料復合在一起；另一種是對功能材料進行表面改性，從而使其具備良好的生物相容性。

第二類：

是指用于醫(yī)療的生物耗材。如酶標板、細菌計數(shù)培養(yǎng)皿、細胞培養(yǎng)皿、組織培養(yǎng)皿、培養(yǎng)瓶的親水處理。經(jīng)過等離子體處理后細菌培養(yǎng)皿表面由疏水變?yōu)橛H水,并獲得支持細胞黏附鋪展的能力，并適用于細胞培養(yǎng)。另外，在注射器、醫(yī)用導管、生物芯片、醫(yī)用包裝材料的印刷等方面也大量的采用低溫等離子體技術。