材料表面特性在生物材料与细胞的相互作用中发挥着重要的作用,而表面电势表现出可有效调制细胞生长行为的能力。然而,在研究中常会出现正和负电势表面对细胞行为作用有矛盾的报道。在本研究中,通过构建可产生表面电势宽幅变化的、且表面组成和形貌相同的、可呈正或负电势的表面,深入探究了表面电势对干细胞成骨分化行为的调控作用及其机制,为具有高成骨能力植入体表面的设计提供理论指导。本文主要取得了如下两个方面的重要结果:1.Terfenol-D/P(VDF-TrFE)磁电薄膜的制备及其表面电势的构建采用磁致伸缩性TbxDy1-xFe2合金(Terfenol-D)和压电性聚合物(P(VDF-TrFE)),采用浇铸成型法在钛基板上制备了 Terfenol-D/P(VDF-TrFE)磁电薄膜,通过接触电极化使薄膜产生了正或负表面电势,经热处理温度、Terfenol-D添加含量和粒径改变优化了薄膜的磁电耦合性能。最终,在0～3200 Oe磁场驱动下,同一个薄膜上可对应地产生磁致电势(φEM)在0～+120或0～-120 mV范围内宽幅变化的表面。2.表面电势调控间充质干细胞成骨分化行为及其机制分析正和负电势表面均可有效促进间充质干细胞(MSCs)成骨分化,随/φEM/增加,促MSCs分化能力的变化都呈抛物线趋势;正和负电势表面出现的差异在于:在低/φEM/时(0～35 mV),负电势表面促成骨分化能力强,而高/φEM/时(35～55 mV),则正电势表面促成骨分化更佳。负电势表面上吸附纤连蛋白(FN)的RGD和PHSRN功能位点的暴露量始终高于正电势表面,且两表面上暴露量随/φEM/呈完全相同变化行为;但在正电势表面上MSCs整合素α5β1表达的变化行为与FN吸附情形不同,在高/φEM/时其表达会高于负电势表面;无论在正还是负电势表面上,当细胞整合素α5β1表达呈最大时,其成骨分化相关信号通路FAK/ERK和成骨分化能力也都达到最大,说明本研究中MSCs成骨分化属整合素介导。结合FN蛋白吸附状态和整合素表达变化行为,以及前期对FN的分析,提出正和负电势表面成骨分化产生差异性的机制:吸附蛋白暴露位点RGD和PHSRN的空间分布和其随电势变化的规律不同,导致了其与细胞整合素α5β1绑定强度不同,最终造成整合素介导细胞分化能力上出现差异性。本研究结果也说明了在进行正和负表面电势作用对比研究中,表面电势绝对值的选择,会直接影响正和负表面电势作用对比的结果。