纖維蛋白原對(duì)模擬人工體液中不銹鋼腐蝕行為的影響

1、生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志2001;18(4)565567JBiomedEng纖維蛋白原對(duì)模擬人工體液中不銹鋼腐蝕行為的影響郭亮梁成浩郭海霞陳婉(大連理工大學(xué)化工學(xué)院,大連116012)摘要在模擬人工體液PBS溶液中采用電化學(xué)測(cè)試技術(shù)考察了纖維蛋白原對(duì)冠狀動(dòng)脈支架用SUS316L和SUS317L不銹鋼腐蝕行為的影響。結(jié)果表明:纖維蛋白原的存在增大了介質(zhì)對(duì)材料的浸蝕性。在含纖維蛋白原的溶液中,試樣的自腐蝕電位負(fù)移,維鈍電流密度增大,點(diǎn)蝕擊穿電位(Eb)降低。并利用掃描電鏡觀察了吸附現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)吸附的纖維蛋白原呈白色條狀,不連續(xù)地分布在材料表面。關(guān)鍵詞纖維蛋白原冠狀動(dòng)脈支架吸附腐蝕EffectofFibri

2、nogenonCorrosionBehaviorofStainlessSteelinArtificialBloodSolutionGuoLiangLiangChenghaoGuoHaixiaChenWan(SchoolofChemicalEngineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian116012)AbstractTheeffectoffibrinogenoncorrosionbehaviorofSUS316LandSUS317LstainlesssteelinartificialbloodPBSsolutionhasbeeninvestigate

3、dwithelectrochemicaltechnology.Theresultsshowedthatthecorrosionpotential(Ec)ofstainlesssteelshiftednegatively,thepassivatedcurrent(ip)becamelessandthepittingcorrosionpotential(Eb)shiftednegativelywiththeexistenceoffibrinogeninPBS.Theseindicatethatsamplesbecomemoresensitivetocorrosionunderthiscircums

4、tance.SEMpicturesdemonstratedthatstainlesssteeladsorbedfibrinogenonitssurface.KeywordsFibrinogenCoronarystentAdsorptionCorrosion1引言自1987年Sigwart等首次報(bào)道冠狀動(dòng)脈內(nèi)安放金屬支架以來(lái),其在臨床上的應(yīng)用日益引起重視。目前國(guó)際上制造支架所用金屬一般是SUS316L不銹鋼。作為人體醫(yī)用金屬材料,在血液環(huán)境下其腐蝕行為引起人們的關(guān)注。目前對(duì)金屬材料耐蝕性的研究多在模擬人工體液中進(jìn)行3,而實(shí)際血液的環(huán)境較為復(fù)雜。血漿中除含以Na+和Cl-為主的電解質(zhì)外,還有蛋白質(zhì)

5、、血細(xì)胞等成分。Clark等研究認(rèn)為,血漿蛋白包括白蛋白和纖維蛋白原會(huì)影響金屬的腐蝕行為。因此,有必要進(jìn)行血漿蛋白對(duì)支架用金屬材料腐蝕行為影響的研究。我們采用電化學(xué)測(cè)試技術(shù)研究了SUS316L不銹鋼和SUS317L不銹鋼在含纖維蛋白原人工模擬體液中的腐蝕行為,為其臨床應(yīng)用提供依據(jù)。4212實(shí)驗(yàn)部分2.1實(shí)驗(yàn)材料實(shí)驗(yàn)用金屬材料SUS316L不銹鋼和SUS317L不銹鋼的化學(xué)成分示于表1。試樣經(jīng)水磨砂紙打磨至1000#,依次在乙醇、丙酮和去離子水溶液中超聲波清洗,干燥后待用。表1材料的化學(xué)成分(重量%)Table1Chemicalcompositionofspecimens(wt%)Materia

6、lsCSiFeMnNiCrMoPSUS316L0.0170.60bal.0.9112.0817.022.010.032SUS317L0.020.70bal.1.5714.2018.243.390.034566生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志第18卷2.2實(shí)驗(yàn)介質(zhì)人纖維蛋白原購(gòu)自Sigma公司。將凍干的纖維蛋白原粉末溶于pH=7.4的PBS緩沖溶液中,纖維蛋白原的濃度為3mg/ml。該濃度與人血漿中纖維蛋白原的濃度相同。PBS溶液用化學(xué)分析純?cè)噭┖碗p蒸去離子水配置。PBS緩沖溶液的配方如下:NaCl8.0g+KCl0.2g+Na2HPO41.15g+KH2PO40.2g+1LH2O。用HCl和NaOH溶液調(diào)節(jié)

7、pH=7.4。2.3實(shí)驗(yàn)方法將加工好的SUS316L不銹鋼和SUS317L不銹鋼置入37的20ml纖維蛋白原溶液中,吸附2h后取出,用生理鹽水沖洗,干燥。利用掃描電鏡(SEM)觀察纖維蛋白原的吸附現(xiàn)象。取出浸泡試樣放入37干凈的PBS溶液中浸漬24h脫附,使用紫外分光光度法測(cè)取脫附溶液的濃度,求得材料表面吸附纖維蛋白原的量。采用三電極體系,參比電極是Ag-AgCl電極,輔助電極是Pt電極,試樣的工作面積為10mm×6510mm,其它部分用硅膠涂覆。將其浸入實(shí)驗(yàn)介質(zhì)中,穩(wěn)定30min后開(kāi)始陽(yáng)極極化,電位掃描速度為30mV/min。陽(yáng)極極化過(guò)程中,以電流密度為100 A/cm時(shí)的電極電位

8、定義為點(diǎn)蝕電位Eb。當(dāng)電流密度達(dá)到1mA/cm2時(shí)反向改變電位掃描方向,逆向極化曲線(xiàn)與正向極化曲線(xiàn)相交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電位為再鈍化電位Ep。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論圖1所示為SUS316L和SUS317L不銹鋼在纖維蛋白原溶液中浸泡后試樣表面的掃描電鏡觀察照片?？梢园l(fā)現(xiàn),吸附的纖維蛋白原呈白色條狀,不連續(xù)的分布在材料表面。在SUS316L不銹鋼表面吸附的纖維蛋白原塊大且數(shù)量多,而SUS317L不銹鋼表面吸附的纖維蛋白原塊小且數(shù)量少。表2列出了紫外吸收法測(cè)量材料表面吸附纖維蛋白原量的結(jié)果。亦可知,SUS316L不銹鋼表面吸附纖維蛋白原的量多于SUS317L不銹鋼。圖1吸附纖維蛋白原不銹鋼表面SEM照片(a)S

9、US316L不銹鋼;(b)SUS317L不銹鋼Fig1SEMpicturesofsamplesafteradsorptionoffibrinogen(a)SUS316Lstainlesssteel;(b)SUS317Lstainlesssteel表2由紫外吸收法測(cè)得材料吸附纖維蛋白原的量Table2AmountoffibrinogenadsorbedonthesamplesbyusingUVrayadsorptionmethodMatArea(cm2)Soattime(h)Concentration(mg/mL)Volume(mL)Weightofadsorption(mg)Amountofa

10、dsorption(mg/cm2)SUS316L6.2724.17×10-662.5×10-51.25×10-5317L6.1422.09×10-663.99×10-62.04×10-6蛋白原的存在增大了介質(zhì)對(duì)材料的浸蝕性。在含纖維蛋白原的溶液中,兩種試樣的自腐蝕電位負(fù)移,維鈍電流密度增大,點(diǎn)蝕擊穿電位(Eb)降低,但對(duì)再鈍化電位(Ep)影響不大。表2列出了SUS316L和SUS317L不銹鋼在PBS溶液和含3mg/ml纖維蛋白原PBS溶液中的電化學(xué)參數(shù)。由圖2和表3可知,血漿纖維蛋白原促進(jìn)不銹鋼的陽(yáng)極溶解,并降低點(diǎn)蝕電位,提高點(diǎn)蝕敏

11、感性。纖維蛋白原的覆蓋使材料的自腐蝕電位負(fù)移,熱力學(xué)穩(wěn)定性降低,易引發(fā)腐蝕溶解。Samitz和Katz7報(bào)道,在血液環(huán)境下不銹鋼中Ni離子的釋放速度提,圖2所示為在PBS溶液中纖維蛋白原對(duì)不銹鋼陽(yáng)極極化行為的影響,圖2(a)為SUS316L不銹鋼,第4期郭亮等。纖維蛋白原對(duì)模擬人工體液中不銹鋼腐蝕行為的影響567圖2纖維蛋白原對(duì)SUS316L和SUS317L不銹鋼陽(yáng)極極化行為的影響(a)SUS316L不銹鋼;(b)SUS317L不銹鋼Fig2Effectoffibrinogentoannodicpolarizationbehaviorofsamples(a)SUS316Lstainlessst

12、eel;(b)SUS317Lstainlesssteel表3SUS316L和SUS317L不銹鋼在PBS和含纖維蛋白原溶液中的電化學(xué)參數(shù)Table3Electrochemicalparametersforsamplesindifferentsolu-tionsParametersEc(mV)ip(A/cm2)Eb(mV)Ep(mV)SUS316LPBS-1486545.735PBS+Fige-17610437.542PBS-12951167.12SUS317LPBS+Fige-1419787.36易到達(dá)腐蝕位點(diǎn),抑制再鈍化,加速點(diǎn)蝕。4結(jié)論(1)SUS316L和SUS317L不銹鋼浸泡后試樣表

13、面的掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn),吸附的纖維蛋白原呈白色條狀,不連續(xù)地分布在材料表面。(2)纖維蛋白原的存在增大了介質(zhì)對(duì)材料的浸蝕性。在含纖維蛋白原的溶液中,試樣的自腐蝕電位負(fù)移,維鈍電流密度增大,點(diǎn)蝕擊穿電位(Eb)降低,但對(duì)再鈍化電位(Ep)影響不大。參123456(3)147NielsenK.Corrosionofmetallicimplants.BrCorroJ,1987;27222(4)DavidDZabel.AESanalysisofstainlesssteelcorrodedinsalineinserumandinvivo.JBiomedMaterRes,1988;2231ClarkGCF.

14、Theeffectsofproteinsonmetalliccorrosion.JofBiomMatRes,1982;16125顧漢卿.生物醫(yī)學(xué)材料學(xué).天津:天津科技翻譯出版公司,1993邢榮志,公衍道,張秀芳等.用透射FTIR研究生物材料吸附引起的纖維蛋白原構(gòu)象變化,96中國(guó)材料研討會(huì)生物及環(huán)境材料,北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1996101-1067SamitzMH,KatzSA.Nickeldermatitishazardsfromprosthesesinvivoandinvitrosolubilizationstudies.BrJDermatrol,1975;922878MerrittK,B

15、rownSA.EffectofproteinsandpHonfrettingcor-rosionandmetalionrelease.JBiomedMaterRes,1988;221119沈同主編.生物化學(xué)(上冊(cè)).北京:高教出版社,1997:107-108(收稿:2000-09-25)注:Fige代表纖維蛋白原中不銹鋼的耐蝕性降低,容易引發(fā)點(diǎn)蝕。這與本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是一致的。在溶液中,金屬離子與血漿蛋白相結(jié)合的方式存在,并且生物大分子有與金屬離子(如Fe、Cr2+3+考文獻(xiàn)侯東明.冠狀血管內(nèi)支架的研究現(xiàn)狀.現(xiàn)代診斷與治療,1996;7等)結(jié)合的傾向,包括配合物和螯合物,這將提高溶液中金屬離子的熱力學(xué)穩(wěn)定性,降低化學(xué)位( ),破壞原有的熱力學(xué)平衡,從而加快金屬粒子由固相向