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島津XPS在生物材料領域的解決方案
隨著技術的進步，越來越多的技術用于生物領域的表征，如原子力顯微鏡（AFM）可用于對單個分子成像、揭示蛋白質、監測表面形貌、測量將生物結構結合所需的力，但這些技術不能表征生物體系相關的化學信息。
XPS由于其獨特的表面靈敏度以及元素化學狀態分析能力，廣泛用于生物工程以及生物學相關領域的表面化學表征，可用于確認材料表面的官能團、官能團成像及生物體系與工程的界面研究。[1]
下面就讓我們看看島津XPS在生物材料領域有哪些解決方案吧！
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生物材料是那些與體內組織，器官相互作用的材料。生物材料最近引起了很多關注，因為它在對細胞、組織和器官進行診斷治療、替換修復或誘導再生等領域有著廣泛的應用。目前生物材料已廣泛用于牙科、心血管、美容和骨科等。而XPS在探索這類新型設備和界面的局限性和可能性方面特別有用。
1、等離子體聚合物的XPS表征
等離子技術是醫用領域常用的一種技術，可引入特定官能團或高分子鏈，改性深度為材料表面幾十到幾千埃的范圍，且不會使材料熱解或燒蝕。
在硅片表面等離子體沉積EBIB，使用島津XPS能表征不同壓力制備的聚合物的全元素含量及C的精細譜。結果表明在低壓條件下聚合，表面接枝少，而高壓條件下表面接枝更多。[2]
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圖1 低壓、高壓等離子體聚合EBIB
進一步研究該體系的老化機理，通過島津XPS角分辨、深度剖析等技術發現，低壓聚合表面富含Br，表面氧化程度高，可能是由于低壓聚合表面自由基較多，故老化更加嚴重。
2、醫用紡織品表面改性研究
為減少醫用網狀生物材料植入物引入的風險如發炎、與其他內臟器官黏附等，常常會對植入物表面進行改性。
采用PEG對PP制醫用紡織材料進行等離子體表面修飾，可提高親水性，減少與蛋白、細胞結合(黏附），通過島津XPS高分辨成像分析，表征表面修飾的包覆程度。
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圖2 PEG改性PP醫用材料示意圖
未改性的PP材料全譜中只含有C元素，改性后不同包覆程度的PP/PEG體系則含O量不同，對C的精細譜進行分析，C-O含量越高表明包覆程度越高。通過不同化學態C元素進行XPS成像，表征表面的包覆均勻程度。[3]
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圖3 C的精細譜分析及疊加C-C、C-O化學狀態成像
3、聚合物心臟支架的XPS表征
支架心血管介入治療已經成為治療冠心病非常有效的方法，隨著科技的發展，聚合物支架已逐漸取代鋼鐵支架，目前已經出現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來植入的病理反應仍未解決。目前，可以通過在支架表面涂覆消炎藥物的方法，來抑制這種免疫反應以及隨后的心血管再狹窄反應的發生。
在聚乳酸（PLA）支架表面添加一定劑量的消炎藥（C51HxNO13），通過XPS技術表征表面的藥物含量信息，結果表明abluminal區域藥物含量較高。使用氬原子團簇離子槍濺射進行深度剖析，結果表明藥物在支架表面分布較為均勻，到達支架層時N元素含量明顯下降。此外還對支架在磷酸緩沖鹽溶液（PBS）中不同浸沒時間后的情況進行了分析。[4]
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圖4 聚合物心臟結構圖
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圖5 支架外表面在10kV Ar1000+刻蝕條件下的表面N元素隨深度的變化情況
浸入后的支架相較于原支架，藥物層和支架之間的界面不再那么尖銳?— 深度剖析曲線平滑的拖尾可以表明這一點 — 這可能是由于支架在PBS溶液中的腐蝕造成的。隨著在PBS中浸入時間的延長，支架表面總的氮含量在減小。
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圖6 浸入PBS后支架的深度剖析情況
以上我們列舉了一些島津XPS在生物領域的案例。
島津XPS具有高能量分辨、高靈敏度、高空間分辨等特點，以及同軸超低能無陰影荷電中和技術、多模式、高性能深度剖析Ar/Ar團簇離子槍等技術，可實現對于生物材料領域的高效、高質量的分析。
如想了解更多，請瀏覽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] 島津XPS技術表征聚合物心臟支架
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