低溫等離子體技術在生物醫用材料中的應用

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點在生物醫用材料中已經被廣泛的應用。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，達到作為生物醫用材料的目的。

金屬生物材料是指能植入生物體內或能與生物組織相結合的材料，主要用于對人體某些組織和器官的加固、修復和替代。它包括醫用不銹鋼、醫用磁性合金、醫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時，還應滿足生物相容性的要求，避免生物體對材料產生排斥反應，以及材料對生物體產生不良反應。金屬生物材料用于生物體內時，由于生理環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。化學方法屬濕法，工藝操作較復雜，而且需要使用對人體和環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，無環境污染的優點，并且對材料表面的作用只涉及數百納米，基體性能不受影響。在金屬生物材料表面改性方面開創了一條新的途徑，在生物醫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的各種化學鍵發生斷裂或重組。表現在大分子的降解，材料表面和外來氣體、單體在等離子體作用下發生反應。近年來，等離子體表面改性技術在醫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單體等離子化，使其產生各類活性物質，由這些活性物質之間或活性物質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，產生表面侵蝕，形成交聯結構層或生成表面自由基，在經等離子體活化而成的表面自由基位置，能進一步反應產生特定官能團，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單體分子與之發生作用)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生聚合反應。等離子體聚合可提供超薄、均勻、耐磨的連續薄膜，而且具有較好的粘附性，其他性能也優于化學法制備的聚合膜。

生物醫用材料主要有兩大類。

第一類：

是指用于醫療的能植入生物體或能與生物組織相結合的材料。因此，作為這類生物醫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生排異反應，材料也會對生物體產生不良影響，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：

是指用于醫療的生物耗材。如酶標板、細菌計數培養皿、細胞培養皿、組織培養皿、培養瓶的親水處理。經過等離子體處理后細菌培養皿表面由疏水變為親水,并獲得支持細胞黏附鋪展的能力，并適用于細胞培養。另外，在注射器、醫用導管、生物芯片、醫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。