弱激光对植入物生物相容性的影响

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前言:目前糖尿病已经成为威胁人类健康的首要杀手,为了解决糖尿病患者每天连续指尖采血的痛苦,设计一种可以连续实时监测血糖的工具已经成为了热门研究。葡萄糖传感器是氧电极外包裹葡萄糖氧化酶的一种电化学传感器,在葡萄糖氧化酶的作用下,使组织液中的葡萄糖和氧气发生电化学反应,产生电流,计算出组织液中葡萄糖的浓度,根据组织液和血液的葡萄糖浓度关系计算出血中葡萄糖含量,从而监测血糖的变化。但是,目前研究表明植入式传感器在体时间受限,达不到长期指标,无法实现长期连续实时测量。传感器植入后,组织周围会形成一定厚度的纤维包膜,一定程度上阻止了信号的传递。随着植入时间的延长,传感器逐渐失灵,稳定性变差,灵敏度下降,满足不了患者需求。其中,生物相容性问题是重中之重。我们拟通过物理因子的刺激改善植入材料周围的微环境,减少纤维包膜的厚度,增加血管密度,减少葡萄糖传感器的信号失真,实现传感器连续实时监测血糖。弱激光是一门新兴学科,弱激光以其独特的物理性质至诞生后一直应用在医学领域,大量实验表明低剂量的弱激光照射后能增加酶的活性,加快创伤修复愈合,促进毛发的生长,激活补体免疫系统,促进白细胞的吞噬作用,降低血液的粘度,改善血液流变学性质等。因此,我们选用激光这种物理因子改善我们实验过程,得到很好的效果。  本文研究经过交联剂戊二醛交联的多孔壳聚糖膜的物理性质,改变其物理结构后植入周围组织的生长情况,以及经弱激光照射后,植入式葡萄糖传感器外层膜(多孔壳聚糖膜)周围组织的生物相容性(评价血细胞密度和纤维包膜厚度)。由于激光穿透组织深度受限,本研究采用皮下植入,探索不同物理参数的弱激光对于可降解膜(多孔壳聚糖膜)和不可降解膜(Nafion)组织相容性的影响,分析最佳的物理参数。  实验材料和方法:  1、实验材料与主要仪器  实验主要材料:壳聚糖粉末(脱乙酰度大于90%,浙江金壳生物化学有限公司),硅胶颗粒(200目-300目),Nafion(杜邦公司,离子交换膜NRE212);主要仪器:膜的制备使用恒温磁力搅拌器(85-2,苏州),发光二极管,表面结构特征的观察使用扫描电子显微镜(InspectF50,FEI,荷兰)和X-衍射机器,图像分析软件IPP6.0。  2、实验方法  首先,研究戊二醛交联的多孔壳聚糖膜的电镜结构和X-衍射,分析其形态与植入后组织排异反应的关系;然后研究三种波长不同剂量的弱激光对不可降解膜(nafion)的相容性影响;最后研究三种波长弱激光对可降解膜(多孔壳聚糖膜)的相容性影响,均评价材料周围组织成份的变化和血管增生的动态过程。  实验结果:  1、加入戊二醛交联剂制作成的交联膜对硅胶的析出有一定的阻碍,可以形成硬度不同的膜,更加适应组织的物理结构。三种交联膜在植入后均引起了炎症反应,并且在4周后出现了纤维包膜。  2、对于Nafion膜植入后,材料周围组织结构紧密,激光照射可以增加血管中红细胞含量。  3、对于多孔壳聚糖膜植入后,材料周围组织结构与不可降解材料对比明显,激光可以增加血管中红细胞含量。  结论:5%交联的多孔壳聚糖膜在反应初期和后期均引起较少的炎症反应。另外激光照射可以增加血管中红细胞含量,其中680nm激光效果显著。因此,我们认为激光照射应用于传感器外保护膜的研究,对增加血管中红细胞密度是促进的,并且可以加快材料周围组织从炎症期到结缔组织变化的速率。
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