血液相容性是生物材料设计的永恒主题。可与肝素媲美的类肝素化聚合物改性后的材料,其血液相容性可得到显著改善,但是研究人员多注重对改性后材料性能的研究,而对类肝素化聚合物的化学结构如何影响生物性能缺乏全面和系统的认识。由于类肝素在材料表面的精确合成并非易事,尤其是要考虑多重化学结构因素(包括糖、磺酸和羧酸)对生物学性质的影响,这往往会提高合成步骤的复杂性和难度。因此寻找一种简便易行的策略在材料表面合成组成可控的类肝素聚合物,从而进一步明确肝素聚合物化学组成与生物学性质的关系具有十分重要的理论价值和现实意义。基于此,本论文将肝素“概念化”为含有糖、磺酸和羧酸单元等基本构筑单元,并以这个概念为基础设计了一系列经类肝素聚合物改性的材料表面,研究了材料表面的聚合物组分及其比例与血小板、内皮细胞、平滑肌细胞的作用情况,获得类肝素化聚合物中每一组分(糖、磺酸、羧酸)的含量以及组合形式对其生物活性的影响规律,通过调控使修饰后材料在抗凝血性能、内皮细胞作用和平滑肌细胞作用这三者达到有机平衡,最终获得兼具抗凝血性能、促进内皮化和抑制平滑肌细胞增生的多功能材料表面。具体研究内容如下:(一)糖单元和磺酸单元比例可调的类肝素表面的制备及其抗凝血性能的研究。以甲基丙烯酰胺基葡萄糖(MAG)和对苯乙烯磺酸钠(SS)为聚合单体,实施这些单体在乙烯基功能化的PU表面的接枝聚合。通过调节两单体投料比,合成了一系列具有不同单元组分的材料表面。均聚物接枝的PU,即仅包含糖单元或磺酸单元的表面,在细胞-材料反应,如血小板粘附、血管内皮细胞的粘附和增殖以及平滑肌细胞的粘附和增殖等方面,具有较大差异。对于共聚物改性的材料表面,当糖与磺酸单元比例为1:2时,得到具有最佳抗凝血性能的表面(PU-PS1M1),该表面具有最长的血浆复钙化时间,此外,材料表面血小板和平滑肌细胞粘附密度最低,而内皮细胞粘附密度最高。(二)羧酸基团对类肝素化表面抗凝血性能的影响。以MAG、SS、丙烯酸(AA)为聚合单体,通过可逆加成-断裂转移(RAFT)聚合法合成了一系列组分明确、分子量分布较窄的均聚物和共聚物,将还原后的含巯基的聚合物通过金-硫自组装法引入到金片表面。其中,组装有共聚物PS1M1(MAG/SS=1/1)的金表面,可显著促进内皮细胞增殖,同时可抑制平滑肌细胞增殖。仅组装有聚丙烯酸PAA的材料表面(Au-PAA),对内皮细胞和平滑肌细胞的粘附和增殖均产生抑制作用。当PS1M1和PAA摩尔比例为1:1时,混合自组装改性材料表面(Au-PSM/PAA-2)具有最佳抗凝血性能,改性表面能够在促进内皮细胞粘附和增殖的同时,抑制平滑肌细胞的粘附和增殖。与仅组装有PS1M1的表面相比,该混合比例表面对内皮细胞粘附和增殖的效果更加显著,而对平滑肌细胞的抑制作用无明显差异。总之,本论文通过调控结构中糖单元、磺酸单元以及羧酸单元的组成,使修饰后的材料表面在抗凝血性能、内皮细胞作用和平滑肌细胞作用这三者达到有机的平衡,最终获得兼具抗凝血性能、促进内皮化和抑制平滑肌细胞增生的多功能材料表面。本论文的工作将丰富类肝素化聚合物结构与生物学性能关系这一基础研究理论,同时为血液相容性材料的多功能设计提供新的思路。