原子力显微镜应用于生物材料断裂性能研究

在研究生物材料本体性质方面,AFM一般使用断面观察(fractographictesting)来测试生物材料的组成。断面观察可用于观察拉力测试拉断的生物材料的内部本体性质,可以对断裂的机理进行定性的解释。断面观察主要集中研究影响断面引发的原理和方法。Jandt等人采用AFM敲击式模式中高度和悬臂震荡振幅的结果对合成牙齿的断面进行了研究。这种复合物中包含40%(vol.övolö)二氧化硅填料,尺寸大小约为0102-0107Lm。除此之外,复合物中还包含几种用于二氧化硅表颗粒和聚合物支架的粘结剂。Fig.1中显示了样品冲击断面表面的填料颗粒和周围的聚合物支架形貌。在Fig.4(a)中,我们可以观察到填料颗粒稳定的嵌在聚合物支架中,观察不到装填粒子脱离。在受冲击后的断面(b)中,可以看到大多数填料颗粒周围的边缘,这是由硅加强界面的变形导致在断裂过程中界面的压力集中造成的。AFM还可以用于观察到断裂表面的粗糙度Ra和不规则碎片的尺寸,这可以对断裂表面的复杂几何水平进行表征。这两个参数对于生物材料断裂表面的解释都是非常有用的。

AFM可用于研究在不同温度下空气中,蒸馏水中和缓冲溶液中的蛋白-生物材料界面。因此很难直接对不同样品的研究进行比较。经常使用XPS或者接触角测试来表征生物材料表面的物理-化学性质和吸收蛋白质的数量,然后将这些试验的结果与AFM实验结果结合起来进行解释。AFM对于蛋白质-生物材料之间界面最经典的研究还是用于研究吸收超结构的形貌或者构象,以及吸收的蛋白质分子的尺寸方面。另外,蛋白质的模式和识别,蛋白质分子和生物材料之间的黏附力也可以由AFM研究。在蛋白质-生物材料界面被吸附蛋白质的AFM成像可以显示出蛋白质网络和吸附蛋白质的其他超结构。Shi等在蛋白质表面覆盖一层二糖,然后利用等离子沉积技术在二糖上形成了一层聚合物膜,最后将蛋白质溶解,利用敲击式AFM对表面留下的纤维蛋白原进行了影像,进行识别,并研究了所吸收的纤维蛋白原的尺寸。

AFM在生物材料科学和工程中的发展非常迅速。随着AFM技术的进一步发展和成熟,会为生物材料的发展提供更好的表征方法,而生物材料的发展也会为AFM的应用开拓新的领域。我们相信,AFM仪器和生物材料科学的发展会相辅相成,相映成辉。

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