等離子體處理提高細(xì)胞粘附性能原理

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2023-08-14

生物材料表面細(xì)胞黏附是由表面吸附蛋白介導(dǎo)的，材料表面親疏水性對表面吸附蛋白質(zhì)的構(gòu)象具有重要影響，因而與細(xì)胞相容性有著密切聯(lián)系。盡管有研究認(rèn)為材料表面親疏水性與細(xì)胞相容性關(guān)系不大，但大部分研究均表明適度親水性的表面有利于細(xì)胞黏附和鋪展，而親水性太強(qiáng)或疏水性太強(qiáng)的表面均不利于細(xì)胞的黏附與鋪展，這主要是因?yàn)椴牧媳砻嬗H疏水性直接影響蛋白質(zhì)在材料表面的黏附數(shù)量和構(gòu)象。親水性很強(qiáng)的表面不利于蛋白質(zhì)的吸附，從而不利于細(xì)胞黏附。對于疏水性很強(qiáng)的材料表面，一方面，非黏附蛋白（如白蛋白）在材料表面的吸附阻礙了黏附蛋白的吸附；另一方面，吸附在高度疏水材料表面的黏附蛋白，其分子鏈的天然構(gòu)象遭到破壞，致使蛋白質(zhì)分子鏈中與細(xì)胞膜表面整合素相結(jié)合的活性位點(diǎn)（RGD）無法完全暴露，不利于細(xì)胞黏附。只有在親水性適度表面，黏附蛋白既可吸附于材料表面，又保持分子鏈天然構(gòu)象，使細(xì)胞黏附多肽RGD較多地暴露出來，從而有利于細(xì)胞在材料表面的黏附和鋪展。

等離子體是一種全部或部分電離的氣態(tài)物質(zhì),含有亞穩(wěn)態(tài)和激發(fā)態(tài)的原子、分子、離子,并且電子、正離子、負(fù)離子的含量大致相等,即其總的正、負(fù)荷數(shù)相同,故稱為等離子體,繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種狀態(tài)后,被稱為物質(zhì)的第四態(tài)。

等離子體中粒子之間不斷碰撞發(fā)生能量交換，同類粒子之間容易通過碰撞交換能量達(dá)到熱力學(xué)平衡，因而有電子溫度Te,離子溫度Ti,氣體溫度Tg。大多數(shù)情況下，等離子體根據(jù)溫度分為高溫等離子體和低溫等離子體。當(dāng)電子溫度處于10⁵~10⁸K時(shí)稱為高溫等離子體又稱熱平衡等離子體，它的電子和分子或原子類粒子都具有非常高的溫度，一般指受控核聚變所產(chǎn)生的完全電離的等離子體，如太陽上的等離子體和核聚變等離子體。當(dāng)電子溫度處于3x10²~10⁵K時(shí)稱為低溫等離子體，又稱非平衡等離子體，它的電子和分子或原子類粒子具有的溫度是不同的，電子溫度(Te)高達(dá)10⁴K以上，分子或原子類粒子的溫度(Tg）卻可低到300~500K。

等離子體處理提高細(xì)胞粘附性能原理

低溫等離子體中高速運(yùn)動(dòng)的電子與氣體分子的碰撞是產(chǎn)生各種不同活性種的主要原因。因?yàn)殡娮釉陔妶鲋斜患铀佾@得能量,這些電子又與周圍氣體中大量的分子、原子發(fā)生碰撞,將能量傳遞給這些分子、原子,使它們電離產(chǎn)生新的離子、電子或變激發(fā)態(tài)很快跳回基態(tài)并發(fā)出光子或變?yōu)閴悍€(wěn)態(tài)或生成自由基。

這些活性粒子通過電場加速轟擊高分子材料表面時(shí),其離子能量在5ev-10ev之間，大于高分子材料表面分子的鍵能,就能將材料表面分子間的化學(xué)鍵打開,生成自由基,甚至使聚合物材料大分子的分子鍵發(fā)生斷裂、分解。由于分子鍵斷裂而發(fā)生表面刻蝕、交聯(lián)、化學(xué)改性或等離子體聚合等,從而也引發(fā)了氣固相間的界面反應(yīng),產(chǎn)生多種活性基團(tuán),如氨基、羥基、羧基等官能團(tuán)等,改變了生物材料表面的物理和化學(xué)性質(zhì),從而改善了生物材料表面的親水性、粘結(jié)性、生物相容性、透氣性和抗凝血性能等。

低溫等離子體可以在室溫下對材料進(jìn)行表面改性處理，近年來已廣泛應(yīng)用于生物材料的表面改性研究。其作用區(qū)域僅限于材料表面100nm范圍以內(nèi)，而對材料本體性能不產(chǎn)生影響。等離子體處理可以在材料表面引入自由基或活性官能團(tuán)，這些含氧官能團(tuán)能增加材料表面的潤濕性并且促進(jìn)良好的細(xì)胞粘附，使其具有很好的生物相容性。經(jīng)等離子體處理的材料表面更有利于細(xì)胞粘附。