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铜在含有蛋白质的模拟宫腔中的腐蚀行为研究

朱建军  
【摘要】: 本文属于国家计划生育委员会科技攻关项目,并得到 计划生育药具国家重点实验室和金属腐蚀与防护国家重 点实验室的资助。 宫内节育器(IUD,intrauterine device)是广大育龄妇女目 前普遍使用的避孕工具。与先前的惰性宫内节育器相比, 含铜宫内节育器(Cu IUD,copper-bearing intrauterine device)由于铜 的作用显著提高了避孕效果,为了配合含铜宫内节育器 (Cu IUD)的研制和临床应用,探索对避孕起关键作用的铜 在各种情况下的腐蚀行为及影响因素,本论文在课题组前 期工作的基础上,较为系统地研究了宫腔内的生化组分血 清白蛋白、丙球蛋白和血红蛋白对Cu IUD腐蚀的影响及其 作用机理,并初步研究了蛋白质在铜表面的吸附特性。 本工作中,采用电化学极化电阻技术结合X射线衍 射(XRD)、扫描电镜(SEM)、感应耦合等离子发射光谱(ICP)和表 面膜阴极还原等方法,研究了血清白蛋白、丙球蛋白和血 红蛋白对模拟宫腔液中铜腐蚀行为的影响。发现在自然充 气的中性(pH=7)模拟宫腔液中,白蛋白、丙球蛋白或血红蛋 白在投加浓度为0.05g/L~8g/L的范围内总是使模拟宫腔液中 铜的腐蚀速度上升;当白蛋白投加浓度较小时(<lg/L),铜 的腐蚀速度随白蛋白浓度的上升而上升,白蛋白投加浓 度较大时(>1g/L),铜的腐蚀速度随白蛋白浓度的上升而有 所减小并最终趋于一稳定值,但总是高于未加白蛋白的对 比试样。然而,随着丙球蛋白、血红蛋白投加浓度的增加铜 试样的腐蚀速度单调地增加。随着白蛋白和丙球蛋白在模 拟宫腔液中投加浓度的增加,铜表面生成Cu_2O的数量呈现 减少的趋势,而随着血红蛋白投加浓度的增加,铜表面腐 中国科学院上海冶金研究所博士论文 铜在含有蛋白质的模拟宫腔中的腐蚀行为研究 蚀产物则呈增多的趋势;白蛋 白、丙球蛋 白和血红蛋白 的 存 在使得进 入模拟 宫 腔液 中 的铜 离 子总 量增加;酸性 巾H=6)和碱性 加H=8) 模拟宫腔液中,有一定量田几)白蛋 臼存 在都会促进铜的腐蚀。三种蛋白质对于铜腐蚀的影响既有 相同之处,也有各 自 的特点。 进一步采用 自腐蚀电位测量、极化曲线、循环伏安、 电化学阻抗和光电化学方法研究了蛋白质对铜腐蚀的电 极过程的作用机理。结果表明铜在模拟宫腔液中的腐蚀速 度受阴极反应的控制;模拟宫腔液中 白蛋白、丙球蛋白和 血红蛋白的存在使铜电极的 自腐蚀电位负移;血清白蛋白 对铜腐蚀 的 阳 极和 阴 极过程均有影 响。一方面,它 阻止 CllC13络合离子从电极表面向本体溶液的扩散;使得阳极反 应的 电荷传递电阻变小。另一方面,它促进阴极反应,使 阴极电荷反应电阻降低。白蛋白促进铜腐蚀的主要原因在 于它促进 了 阴极反应;铜表面的山 在模拟宫腔液中呈n “型光响应,可能是由氯离子的掺杂引起,少量血清白蛋白 存在时降低电极分散层电位,排斥氯离子对CllD的掺杂,使 CuD在模拟宫腔液中的光响应由n型转回p型。 通过计算投加白蛋白前后电极界面电容的变化,初步 研究了蛋白质在铜表面的吸附特性。发现白蛋白在铜表面 有较强的吸附性,这可能会影响 Cu IUD与宫腔的相容性。 总之,本课题较为系统地研究了体外模拟条件下三 种蛋白质对铜腐蚀特性的影响,这比本课题前一阶段的研 究更加接近体内宫腔的实际情况。通过把腐蚀学科和计划 生育学科有机地结合在一起,为准确有效地评价CUIUD的避 孕效能和寿命开拓了新途径。研究结果不仅为研制生产新 型高效的CUIUD提供了理论依据,也扩展了腐蚀科学的认 识领域。


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