Ti-O薄膜表面固定原卟啉铜原位催化释放一氧化氮及其生物相容性的研究

摘要

一氧化氮作为重要的生物信号分子在保护血管方面扮演着重要的角色，它主要是由健康的内皮细胞产生，在调解血管舒张方面起到重要作用，被称作是内皮细胞舒张因子。同时，NO在抑制平滑肌细胞增殖和抗血小板粘附与激活中起到重要作用。
　　本文通过在Ti-O表面利用原卟啉络合铜离子构建催化活性层，使其具有催化内源性NO供体释放NO的能力，改善材料表面的抗凝血以及抗平滑肌增生的能力。
　　首先，利用非平衡磁控溅射制备氧化钛薄膜，通过聚多巴胺作为连接层，在表面接枝1，6-己二胺以增加材料表面的氨基数量，然后在富氨基的表面接枝合成的原卟啉二钠铜。
　　傅立叶变换红外光谱(FTIR)及紫外-可见光谱(UV-Vis)结果表明以原卟啉、乙酸铜为原料成功制备了原卟啉铜和原卟啉二钠铜。X射线光电子能谱(XPS)结果表明，聚多巴胺成功地沉积在Ti-O薄膜表面，氨基定量结果显示1，6-己二胺的接枝明显增加了材料表面的氨基数量，接枝原卟啉二钠铜后材料表面铜元素含量为1.26％，成功将催化活性中心引入到材料表面。水接触角结果中，钛氧膜样品表面疏水性最高，接枝1，6-己二胺后的样品表面疏水性明显降低，接枝的原卟啉二钠铜样品表面亲水性降低，结果表明不同目标分子接枝到材料表面引起了亲疏水性的明显变化。
　　体外催化内源性供体(S-亚硝基谷胱甘肽)释放一氧化氮结果表明，接枝原卟啉铜的样品表面NO释放速率为2.49(±0.42)×10-10 mol·cm-2·min-1，接枝原口卟啉二钠铜的样品表面NO释放速率为5.15(±1.00)×10-10 mol·cm-2·min-1表明接枝原卟啉二钠铜的样品表面催化能力要明显高于接枝原卟啉铜的样品表面，PBS浸泡两组样品28天的结果显示:接枝原卟啉铜的样品表面催化速率降到0.59(±0.33)×10-10 mol·cm-2·min-1，接枝原卟啉二钠铜的样品表面催化速率为3.21(±0.68)×10-10mol·cm-2·min-1。造成上述结果的原因可能是因为原卟啉铜在水相中的溶解性较差，导致反应过程中活化的羧基量较少，接枝效果较差，大部分以物理吸附的形式存在样品表面，浸泡之后脱离样品表面，而原卟啉二钠铜在水相中溶解性较好，虽然有物理吸附的形式存在，但是接枝数量较多，浸泡之后仍然具有较高的催化活性。
　　体外血小板结果显示，在无内源性NO供体存在的条件下血小板在各样品表面粘附与激活严重，其中接枝1，6-己二胺的样品表面激活最为严重，接枝原口卟啉二钠和原卟啉二钠铜的样品表面粘附数量较多，但激活相对较轻与氧化钛薄膜相似。说明原卟啉二钠铜不具备抑制抗血小板粘附与激活的能力，当在富板浆中加入内源性一氧化氮供体后，血小板在各样品表面粘附与激活相较于非供体组得到明显改善，其中接枝原卟啉二钠铜的样品表面抑制血小板粘附与激活效果最好，说明体系构建的原卟啉二钠铜催化活性层在一氧化氮供体存在条件下能够有效抑制血小板的粘附与激活。
　　内皮细胞体外静态培养结果表明，无催化效果的样品，供体组样品表面内皮细胞的粘附量、增殖量均要高于非供体组样品表面相应值，并且催化层原卟啉二钠铜组样品表面内皮细胞的粘附量、增殖量出现反转要低于其在非供体条件下的相应值;平滑肌细胞体外静态培养的结果显示:供体组样品能够明显抑制平滑肌细胞的增殖，且接枝原卟啉二钠铜的样品表面抑制效果最好。
　　综上所述，本论文通过合成出水溶性原卟啉二钠铜并接枝到材料表面构建了催化活性层。构建的原卟啉二钠铜催化活性层能够有效催化内源性一氧化氮供体释放一氧化氮，抑制平滑肌细胞的粘附与增殖，抑制血小板的粘附和激活。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 生物材料的表面改性

1．1．1 表面修饰技术

1．2 NO生物信号分子

1．2．1 NO的来源及存在形式

1．2．2 NO在生物内的作用

1．2．3 NO在生物材料表面改性方面的应用

1．3 卟啉及金属卟啉

1．3．1 在生命科学中的应用

1．3．2 在化学合成中的应用

1．4 铜的作用

1．4．1 铜在生物体中的作用

1．4．2 铜催化释放一氧化氮的相关研究

1．5 论文研究目的及意义、实验内容和技术路线

1．5．1 研究目的与意义

1．5．2 研究内容

1．5．3 技术路线

第2章 原卟啉铜与原卟啉二钠铜的制备及表征

2．1 引言

2．2 原卟啉-铜及其钠盐的制备与表征

2．2．1 实验用主要化学试剂及仪器设备

2．2．2 原卟啉铜的合成

2．2．3 原卟啉二钠铜的合成

2．3 铜卟啉化合物的光谱分析

2．3．1 铜卟啉化合物的红外光谱测试

2．3．2 铜卟啉化合物的紫外-可见光谱测试

2．4 结果与分析

2．4．1 红外光谱分析

2．4．2 紫外-可见光谱分析

2．5 本章小结

第3章 氧化钛-聚多巴胺表面原卟啉二钠铜的固定及表征

3．1 引言

3．2 Ti-O-聚多巴胺-原卟啉二钠铜催化层的制备

3．2．1 氧化钛薄膜的制备

3．2．2 聚多巴胺在氧化钛薄膜上的沉积

3．2．3 富氨基表面的构建

3．2．4 原卟啉二钠铜分子的固定

3．3 Ti-O-聚多巴胺-原卟啉二钠铜催化层的材料学表征

3．3．1 X射线衍射能谱

3．3．2 X射线光电子谱

3．3．3 水接触角

3．3．4 氨基定量

3．3．5 NO体外催化释放实验

3．4 结果与讨论

3．4．1 XRD结果与分析

3．4．2 XPS结果与分析

3．4．3 水接触角结果与分析

3．4．4 氨基定量

3．4．5 NO体外催化释放

3．5 本章小结

第4章 原卟啉二钠铜催化活性层的生物相容性评价

4．1 引言

4．2 生物相容性评价方法

4．2．1 体外血小板粘附与激活实验

4．2．2 内皮细胞的体外静态培养

4．2．3 平滑肌细胞的体外静态培养

4．3 结果与讨论

4．3．1 体外血小板评价结果

4．3．2 内皮细胞粘附与增殖

4．3．3 平滑肌细胞粘附与增殖

4．4 本章小结

结论

致谢

参考文献