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生物醫用高分子材料表征方法簡介
點擊次數:640 發布時間:2020-09-03 打印本頁麵 返回

 

生物醫用高分子材料在醫療領域的應用越來越廣泛,如常見的骨科植入材料、人工晶體、填充假體、人工血管、醫用縫合線等等。生物醫用材料,尤其是植入類材料,需要與人體長時間接觸並在體內承擔起修複和支撐功能,不僅要求其在生理條件下的物理機械性能要長期保持穩定,而且還不能對人體的組織、血液、免疫等係統產生不良影響,對材料各方麵性能要求均較高。因此在新產品研發階段,對聚合物化學結構和機械性能等基礎性能的表征顯得尤為重要,包括材料表麵性能、材料組成、分子結構,機械性能等,對於可降解分子還會涉及到分子鏈的斷裂、分子量降低、降解產物測定等。下麵,siguaappscom丝瓜小天分三個方麵為大家介紹一些常用的檢測手段:

 

1、表界麵表征

醫用高分子材料在植入到體內或跟人體接觸以後,距表麵100nm的表界麵部分是直接與細胞、組織或體液作用的屏障。高分子材料與生物體的相容性與該材料的表界麵特性密切相關,因此研究高分子材料的表界麵特性,無論在理論上還是在實際應用上都具有重要的意義。對於醫用高分子材料的表界麵分析,目前關注度較高的是材料的表麵微觀結構,主要涉及到的儀器有光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)等。

 

光學顯微鏡——日常進行表麵分析常用生物顯微鏡進行透光材料的觀察,而大部分醫用高分子材料是不透光的,所以更多使用金相顯微鏡進行表麵形貌觀察。

 

3D光學輪廓儀——針對表麵粗糙度很高的樣品,由於其表麵起伏度往往超出光學顯微鏡的物鏡景深範圍,難以觀察,此時就需要利用3D光學輪廓儀進行表征。此技術在光學顯微技術的基礎上增加了白光或激光幹涉掃描技術, 適於對大起伏度表麵的樣品進行無損檢測,還可以對樣品逐層掃描後進行整體重建。

 

掃描電鏡(SEM)——SEM利用聚焦電子束在醫用高分子材料樣品上掃描時激發的多種物理信號(如二次電子、背散射電子和X射線等)進行成像,從而觀測材料的形貌、元素組成、元素分布、晶體結構、電子結構等。近年來SEM以其分辨率高、景深大、放大倍數高等優點,被廣泛應用於醫用高分子材料的微觀形態結構研究中。由於一般生物醫用高分子材料的硬度較低,不易於觀察斷口截麵,所以常用液氮冷凍法或化學刻蝕法製樣後再進行觀察。而且,高分子材料基本上都是非導電物質,當用聚焦電子束掃描時易產生電荷積累或易產生熱變形,所以也常需要進行噴金處理,同時降低SEM入射電子能量。

 

原子力顯微鏡(AFM)——AFM可用來研究包括絕緣體在內的固體材料,通過檢測材料表麵和探針之間的原子間相互作用力來研究其表麵結構及性質。對於表麵形貌的測定,一般有三種模式:接觸模式(針尖施加固定排斥力,測懸臂偏離距離)、非接觸模式(固定懸臂高度,測懸臂吸引力)、動力模式(懸臂接近樣品表麵垂直振蕩,測定力曲線斜率)。

 

接觸角測試儀——可以在1~2分鍾內測出高分子材料表麵親疏水性的變化,從而快速表征材料表麵處理的效果,通過材料表麵自由能的測量還可以間接反映材料表麵不同相之間的結合力,獲得這些初步數據後再決定是否要進行後續的SEM或AFM檢測,可以節省大量的檢測時間和成本,所以現在仍被廣泛使用。

 

2、材料化學成分表征

對於生物醫用高分子材料的化學特性分析,標準ISO 10993-18-2005“醫療器械的生物學評價.第18部分:材料的化學特性”,規定了相應材料種類定性和定量的各種分析方法。常規的分析方法如紅外光譜、核磁共振波譜和質譜等可用於確定高分子材料的化學結構,凝膠滲透色譜可用於測定高分子材料的分子量。

 

 

 

 

紅外光譜儀(FTIR)——紅外光譜分析利用分子中化學鍵或官能團對紅外光的特征吸收原理,可以對有機物和部分無機物進行準確的定性定量分析,作為測定物質結構和組成的重要手段之一,常應用於醫用高分子材料的結構和性能分析測試。FTIR除了對高分子材料本身的結構和組成進行檢測外,還被用來表征生物材料表麵的生物活性,進行生物醫用高分子材料的合成與性能評價,研究生物材料的相容性及降解性能等。

 

液-質聯用(LC-MS)——液相色譜與質譜的聯用彌補了兩種技術各自的短板,樣品經液相分離純化後,進入質譜進行定性和定量分析,可檢測樣品的元素組成、分子結構、分子式及分子量等,對無機、有機和生物分子都適用。

 

X射線光電子能譜(XPS)——XPS使用X-射線與高分子材料表麵相互作用,利用光電效應激發樣品表麵發射光電子,通過測量光電子動能進而得到結合能,可以用來定性鑒別生物醫用高分子材料的元素組成和化學鍵和狀態,還可以對組成元素進行半定量分析。

 

3、高分子降解表征

近年來可降解醫用高分子材料在各個領域都得到了很大的重視,臨床需求十分旺盛,比如常見的可吸收的手術縫合線,緩釋藥物的載體,在組織工程領域植入的可降解支架,無需通過手術把植入的材料再取出來,可以減少對患者的傷害。

 

對於可降解醫用高分子材料的表征,常用的方法有長期肉眼觀察,微觀連續觀察(利用光鏡、電鏡等),粘度變化表征(利用粘度計、流變儀等),重量變化表征(失重或殘餘重量),降解產物檢測(利用紅外光譜儀、PH計等),分子量變化表征(利用凝膠滲透色譜GPC)等等。

 

生物醫用高分子材料與人體健康息息相關,對其化學結構組成和物理機械性能等的分析測試和評估有著十分重要的實際意義,篇幅有限,眾多檢測手段不一一贅述了。強調一下老本行吧,無論是生物醫用高分子材料常用的聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚矽氧烷、聚甲醛等,還是可降解型高分子材料包括膠原、線性脂肪族聚酯、甲殼素、纖維素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚己內酯等,紅外光譜檢測都是優選。sg99xgz丝瓜下载科學服務至上,來人來函一律歡迎啊~O(∩_∩)O

 

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