心脑血管疾病是当今严重威胁人类生命和健康的常见疾病之一。凝血、栓塞与抗凝并发症仍然是临床心血管生物材料就治过程中面临的常见问题,严重制约了此类材料的临床应用。深入研究材料与血液的界面反应过程(特别是材料-蛋白界面作用)；探讨材料介导血栓形成的关键环节和关键因素；从分子学水平揭示材料的抗凝血机理；这些将是新一代具有操控性血液接触类生物材料发展的要求。本课题组在十多年对于钛氧薄膜抗凝血材料的改良应用研究中,积累了丰富的理论和实践研究经验,相应产品已应用临床中。本研究在此基础上,选取具有典型代表意义的高温退火及表面电化学掺杂氧化钛材料,结合先进精密的界面反应手段,原位探讨其材料-血液界面的反应机制,以期实现对其抗凝血机理的深入全面认识。论文主要内容如下：(1)模型氧化钛材料的选取及血液相容性评价：选取两种在实践加工中具有操作简单、对材料表面性质影响较为单一的高温退火及表面电化学n型掺杂处理方法：获得具有不同抗凝血性能的系列氧化钛薄膜及粉末材料；对薄膜和粉末材料的表面物理化学及凝血性能进行了全面表征。结果发现高温退火能导致薄膜表面氧空位的产生,其中尤以800度高温退火最为显著,氧空位的产生(或增加)使得薄膜表面羟基含量增加,碱性羟基的比例同期增加,薄膜的亲水及负电性能增强。对于表面电化学n型掺杂的氧化钛材料也可以通过表面电子的转移,电子的注入能中和材料表面的路易斯酸和质子酸位,使得材料表面的酸性羟基减少,碱性羟基比例增多,材料表面整体的负电性能增加。系列血液相容性评价试验证实800度高温退火及n型掺杂氧化钛材料的血液相容性都较优异。(2)材料血液界面反应的动态原位的监控与探索性研究：利用QCM技术分别研究了表面电化学n型掺杂前后氧化钛材料与血浆各组分(纤维蛋白原、凝血因四十二、贫板血浆及富板血浆)阶段性及全局性的原位作用过程。重点研究了参与凝血行为的重要蛋白质的吸附行为及与血栓形成的关系。发现在热力学驱动下,纤维蛋白原在高浓度下倾向于end-on的可逆吸附行为,而在低浓度下side-on的吸附方式增多。低浓度下,材料与纤维蛋白原的界面作用越明显,在具有更强负电性能的n型掺杂氧化钛表面其吸附方式呈二相吸附,其构象变化中参与凝血的关键位点(激活血小板结合位点、凝血酶作用位点)暴露较少。n型掺杂氧化钛表面更能促进凝血因子十二的激活,能更早的促进凝血的启动,但血栓形成的质量和强度还是主要由纤维蛋白原的吸附状态决定。(3)模型材料与凝血关键蛋白纤维蛋白原的分子作用机制解析：采用精密的界面表征手段(AFM, CD,Microdsc,FCM,免疫化学)结合纳米技术,将模型氧化钛材料与蛋白质的界面反应效应放大,从表面形貌、免疫化学功能、热力学方面解析吸附纤维蛋白原的分子构象。结果显示：在带有更多负电荷及碱性羟基的高温退火及电子转移氧化钛表面,纤维蛋白原更倾向于通过带有正电的αC端形成side-on的方式与材料结合,这种结合可以形成空间位阻,维持D结构域完整,二级结构中α螺旋和β折叠改变较少,避免D结构域中γ链C端血小板结合位点及α链中凝血酶位点的更多暴露,从而降低血栓形成的几率。综上所述。本研究认为提高氧化钛材料的抗凝血性能,可以通过提高其表面的负电性能,调控纤维蛋白原更多的通过其带正电的αC端与材料表面形成side-on的吸附方式,减少血小板结合位点及凝血酶位点的更多的暴露,从而降低血栓形成的几率。本文为钛氧类材料的抗凝血机理的完善提供了数据支持,也为血液接触材料的表面设计提供了新思路。