钛及其合金由于具有较强的抗腐蚀性能、机械性能和良好的生物相容性而广泛应用于生物医用领域,尤其是心血管支架、心脏瓣膜和移植物等血液接触性装置。研究发现,一些具有纳米结构的钛及钛合金制品在促进细胞生长和骨整合以及提高血液相容性等方面表现突出,如二氧化钛纳米管阵列(TiO2nanotube arrays,TNTs),具有高比表面积、可控管径及形貌,已经被应用于植入体材料表面。当生物医用材料植入人体时,血液中的蛋白质会最先在材料表面吸附,并发生竞争吸附、脱附以及重排等行为,而蛋白质的这些行为进一步决定血液中血小板的粘附行为以及激活状态,最终影响材料表面的血液相容性。目前针对二氧化钛纳米管的血液相容性已有大量研究,主要集中在二氧化钛的化学性质、拓扑结构、晶型和润湿性等对血液相容性的影响,并未考虑中间蛋白质层的影响,且有些结论存在争议甚至互相矛盾。本论文研究蛋白质在TNTs表面的吸附行为,包括吸附动力学、吸附量和蛋白质构象变化等,进而探索其与血小板粘附行为之间的关系。具体工作包括以下三个方面:1.蛋白质在TNTs表面的吸附行为及其对血小板粘附的影响我们以牛血清白蛋白(BSA)和纤维蛋白原(Fib)这两种血浆蛋白为代表,首先研究其在二氧化钛平面的吸附行为,发现两者均以side-on和end-on的混合形式在表面吸附,吸附行为可用Langmuir模型描述;考察晶型对蛋白质吸附行为的影响,发现在无定型和混合晶型表面蛋白质的吸附行为没有显著差别。在TNTs表面,蛋白质成聚集体形式存在,吸附的蛋白质间存在着相互作用,吸附行为遵循Freundlich模型,并且吸附量随着管径而增加。两种蛋白质吸附到基底表面时构象均发生变化,在TNTs表面的蛋白质构象与在平坦钛表面差异显著,且两种蛋白的β-折叠和β-转角的比值均具有管径依赖性。预吸附的BSA蛋白质层能够进一步地降低TNTs表面血小板的粘附和激活,而Fib蛋白质层则在降低血小板粘附量的同时促进血小板的激活。2.共价接枝蛋白质对TNTs表面血液相容性的影响我们利用硅烷偶联剂在TNTs表面引入大量氨基或羧基,再通过化学偶联反应将BSA和Fib共价键合到这两种TNTs表面,通过对蛋白质构象的调控,进一步探讨BSA与Fib的二级结构变化与血小板粘附行为之间的关系。实验发现,在TNTs表面,相比于物理吸附,共价键合的BSA的β-折叠与β-转角的比值都更小,表面的血液相容性更低;其中BSA共价键合到氨基化表面会暴露其中的特异性受体,导致血小板激活程度增加。Fib共价键合到外径100 nm的TNTs表面时β-折叠与β-转角的比值均小于物理吸附状态,而在外径50nm的TNTs表面这个比值则略高于吸附态,但由于其二级结构中α-螺旋的损失量较大可能引起Fib分子上与血小板结合位点的暴露,导致经Fib键合修饰的TNTs表面的血液相容性显著降低。由此可见,共价键合会使蛋白质构象变化,导致原本惰性的BSA的特异性受体暴露,也促使Fib暴露出更多的血小板结合位点,因此降低蛋白质在表面的吸附并尽可能保持其原有构象是提高血液相容性的重要手段。3.两性离子聚合物修饰TNTs表面的血液相容性研究化学修饰不仅能够改变材料表面的化学性质,也是制备抗蛋白质吸附表面的主要方法。我们利用具有电子转移催化剂再生功能的原子转移自由基聚合(ARGET-ATRP)方法将两种两性离子聚合物,聚磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯(pSBMA)和聚羧酸甜菜碱甲基丙烯酸酯(pCBMA),接枝到不同管径的TNTs表面以构建能够抗蛋白质吸附且保持蛋白质自然构象的表面。结果表明,接枝的两种聚合物均能够有效降低TNTs表面的BSA和Fib的吸附量,具有优异的抗蛋白质吸附特性。红外分析发现,在聚两性离子修饰后的TNTs表面的BSA中的β-折叠与β-转角的比值与在未修饰表面相当,高于键合BSA修饰的表面,而吸附的Fib构象分布与自然态下相同。修饰后的表面显示不溶血的特征,血小板粘附和活化明显减少,材料表现出良好的血液相容性。