纖維蛋白原對模擬人工體液中不銹鋼腐蝕行為的影響

1、生物醫(yī)學工程學雜志2001;18(4)565567JBiomedEng纖維蛋白原對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(大連理工大學化工學院,大連116012)摘要在模擬人工體液PBS溶液中采用電化學測試技術考察了纖維蛋白原對冠狀動脈支架用SUS316L和SUS317L不銹鋼腐蝕行為的影響。結果表明:纖維蛋白原的存在增大了介質對材料的浸蝕性。在含纖維蛋白原的溶液中,試樣的自腐蝕電位負移,維鈍電流密度增大,點蝕擊穿電位(Eb)降低。并利用掃描電鏡觀察了吸附現象,發(fā)現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。關鍵詞纖維蛋白原冠狀動脈支架吸附腐蝕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等首次報道冠狀動脈內安放金屬支架以來,其在臨床上的應用日益引起重視。目前國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注。目前對金屬材料耐蝕性的研究多在模擬人工體液中進行3,而實際血液的環(huán)境較為復雜。血漿中除含以Na+和Cl-為主的電解質外,還有蛋白質

5、、血細胞等成分。Clark等研究認為,血漿蛋白包括白蛋白和纖維蛋白原會影響金屬的腐蝕行為。因此,有必要進行血漿蛋白對支架用金屬材料腐蝕行為影響的研究。我們采用電化學測試技術研究了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,為其臨床應用提供依據。4212實驗部分2.1實驗材料實驗用金屬材料SUS316L不銹鋼和SUS317L不銹鋼的化學成分示于表1。試樣經水磨砂紙打磨至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)學工程學雜志第18卷2.2實驗介質人纖維蛋白原購自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溶液用化學分析純試劑和雙蒸去離子水配置。PBS緩沖溶液的配方如下:NaCl8.0g+KCl0.2g+Na2HPO41.15g+KH2PO40.2g+1LH2O。用HCl和NaOH溶液調節(jié)

7、pH=7.4。2.3實驗方法將加工好的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。將其浸入實驗介質中,穩(wěn)定30min后開始陽極極化,電位掃描速度為30mV/min。陽極極化過程中,以電流密度為100 A/cm時的電極電位

8、定義為點蝕電位Eb。當電流密度達到1mA/cm2時反向改變電位掃描方向,逆向極化曲線與正向極化曲線相交點所對應的電位為再鈍化電位Ep。3實驗結果與討論圖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。可以發(fā)現,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量多,而SUS317L不銹鋼表面吸附的纖維蛋白原塊小且數量少。表2列出了紫外吸收法測量材料表面吸附纖維蛋白原量的結果。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對材料的浸蝕性。在含纖維蛋白原的溶液中,兩種試樣的自腐蝕電位負移,維鈍電流密度增大,點蝕擊穿電位(Eb)降低,但對再鈍化電位(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溶液中的電化學參數。由圖2和表3可知,血漿纖維蛋白原促進不銹鋼的陽極溶解,并降低點蝕電位,提高點蝕敏

11、感性。纖維蛋白原的覆蓋使材料的自腐蝕電位負移,熱力學穩(wěn)定性降低,易引發(fā)腐蝕溶解。Samitz和Katz7報道,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不銹鋼陽極極化行為的影響,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SUS316L和SUS317L不銹鋼陽極極化行為的影響(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參數Table3Electrochemicalparametersforsamplesindifferentsolu-tionsParametersEc(mV)ip(A/cm2)Eb(mV)Ep(mV)SUS316LPBS-1486545.735PBS+Fige-17610437.542PBS-12951167.12SUS317LPBS+Fige-1419787.36易到達腐蝕位點,抑制再鈍化,加速點蝕。4結論(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,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對材料的浸蝕性。在含纖維蛋白原的溶液中,試樣的自腐蝕電位負移,維鈍電流密度增大,點蝕擊穿電位(Eb)降低,但對再鈍化電位(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)學材料學.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象變化,96中國材料研討會生物及環(huán)境材料,北京:化學工業(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(上冊).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)點蝕。這與本實驗的結果是一致的。在溶液中,金屬離子與血漿蛋白相結合的方式存在,并且生物大分子有與金屬離子(如Fe、Cr2+3+考文獻侯東明.冠狀血管內支架的研究現狀.現代診斷與治療,1996;7等)結合的傾向,包括配合物和螯合物,這將提高溶液中金屬離子的熱力學穩(wěn)定性,降低化學位( ),破壞原有的熱力學平衡,從而加快金屬粒子由固相向