岛津XPS在生物材料领域的解决方案

随着技术的进步，越来越多的技术用于生物领域的表征，如原子力显微镜（AFM）可用于对单个分子成像、揭示蛋白质、监测表面形貌、测量将生物结构结合所需的力，但这些技术不能表征生物体系相关的化学信息。

XPS由于其独特的表面灵敏度以及元素化学状态分析能力，广泛用于生物工程以及生物学相关领域的表面化学表征，可用于确认材料表面的官能团、官能团成像及生物体系与工程的界面研究。[1]

下面就让我们看看岛津XPS在生物材料领域有哪些解决方案吧！

生物材料是那些与体内组织，器官相互作用的材料。生物材料最近引起了很多关注，因为它在对细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生等领域有着广泛的应用。目前生物材料已广泛用于牙科、心血管、美容和骨科等。而XPS在探索这类新型设备和界面的局限性和可能性方面特别有用。

1、等离子体聚合物的XPS表征

等离子技术是医用领域常用的一种技术，可引入特定官能团或高分子链，改性深度为材料表面几十到几千埃的范围，且不会使材料热解或烧蚀。

在硅片表面等离子体沉积EBIB，使用岛津XPS能表征不同压力制备的聚合物的全元素含量及C的精细谱。结果表明在低压条件下聚合，表面接枝少，而高压条件下表面接枝更多。[2]

图1 低压、高压等离子体聚合EBIB

进一步研究该体系的老化机理，通过岛津XPS角分辨、深度剖析等技术发现，低压聚合表面富含Br，表面氧化程度高，可能是由于低压聚合表面自由基较多，故老化更加严重。

2、医用纺织品表面改性研究

为减少医用网状生物材料植入物引入的风险如发炎、与其他内脏器官黏附等，常常会对植入物表面进行改性。

采用PEG对PP制医用纺织材料进行等离子体表面修饰，可提高亲水性，减少与蛋白、细胞结合(黏附），通过岛津XPS高分辨成像分析，表征表面修饰的包覆程度。

图2 PEG改性PP医用材料示意图

未改性的PP材料全谱中只含有C元素，改性后不同包覆程度的PP/PEG体系则含O量不同，对C的精细谱进行分析，C-O含量越高表明包覆程度越高。通过不同化学态C元素进行XPS成像，表征表面的包覆均匀程度。[3]

图3 C的精细谱分析及叠加C-C、C-O化学状态成像

3、聚合物心脏支架的XPS表征

支架心血管介入治疗已经成为治疗冠心病非常有效的方法，随着科技的发展，聚合物支架已逐渐取代钢铁支架，目前已经出现了由生物可吸收聚合物材料制成的新系列支架，但是血栓和增生等外来植入的病理反应仍未解决。目前，可以通过在支架表面涂覆消炎药物的方法，来抑制这种免疫反应以及随后的心血管再狭窄反应的发生。

在聚乳酸（PLA）支架表面添加一定剂量的消炎药（C51HxNO13），通过XPS技术表征表面的药物含量信息，结果表明abluminal区域药物含量较高。使用氩原子团簇离子枪溅射进行深度剖析，结果表明药物在支架表面分布较为均匀，到达支架层时N元素含量明显下降。此外还对支架在磷酸缓冲盐溶液（PBS）中不同浸没时间后的情况进行了分析。[4]

图4 聚合物心脏结构图

图5 支架外表面在10kV Ar1000+刻蚀条件下的表面N元素随深度的变化情况

浸入后的支架相较于原支架，药物层和支架之间的界面不再那么尖锐 — 深度剖析曲线平滑的拖尾可以表明这一点 — 这可能是由于支架在PBS溶液中的腐蚀造成的。随着在PBS中浸入时间的延长，支架表面总的氮含量在减小。

图6 浸入PBS后支架的深度剖析情况

以上我们列举了一些岛津XPS在生物领域的案例。

岛津XPS具有高能量分辨、高灵敏度、高空间分辨等特点，以及同轴超低能无阴影荷电中和技术、多模式、高性能深度剖析Ar/Ar团簇离子枪等技术，可实现对于生物材料领域的高效、高质量的分析。

如想了解更多，请浏览biomaterials (kratos.com)

[1] Applications of XPS in Biology and Bio-interface Analysis

[2] S. Saboohi et al., Appl. Surf.Sci,2016,8,16493-16502

[3] Kratos Application Note MO404(1) XPS of Medical Textiles

[4] 岛津XPS技术表征聚合物心脏支架

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