氧化鈦材料與血漿界面反應(yīng)的分子機(jī)制探究.pdf

1、心腦血管疾病是當(dāng)今嚴(yán)重威脅人類生命和健康的常見疾病之一。凝血、栓塞與抗凝并發(fā)癥仍然是臨床心血管生物材料就治過程中面臨的常見問題，嚴(yán)重制約了此類材料的臨床應(yīng)用。深入研究材料與血液的界面反應(yīng)過程（特別是材料-蛋白界面作用）;探討材料介導(dǎo)血栓形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和關(guān)鍵因素;從分子學(xué)水平揭示材料的抗凝血機(jī)理;這些將是新一代具有操控性血液接觸類生物材料發(fā)展的要求。本課題組在十多年對(duì)于鈦氧薄膜抗凝血材料的改良應(yīng)用研究中，積累了豐富的理論和實(shí)踐研究經(jīng)驗(yàn)，相

2、應(yīng)產(chǎn)品已應(yīng)用臨床中。本研究在此基礎(chǔ)上，選取具有典型代表意義的高溫退火及表面電化學(xué)摻雜氧化鈦材料，結(jié)合先進(jìn)精密的界面反應(yīng)手段，原位探討其材料-血液界面的反應(yīng)機(jī)制，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)其抗凝血機(jī)理的深入全面認(rèn)識(shí)。論文主要內(nèi)容如下:
　　(1)模型氧化鈦材料的選取及血液相容性評(píng)價(jià):選取兩種在實(shí)踐加工中具有操作簡(jiǎn)單、對(duì)材料表面性質(zhì)影響較為單一的高溫退火及表面電化學(xué)n型摻雜處理方法;獲得具有不同抗凝血性能的系列氧化鈦薄膜及粉末材料;對(duì)薄膜和粉末材料的

3、表面物理化學(xué)及凝血性能進(jìn)行了全面表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)高溫退火能導(dǎo)致薄膜表面氧空位的產(chǎn)生，其中尤以800度高溫退火最為顯著，氧空位的產(chǎn)生（或增加）使得薄膜表面羥基含量增加，堿性羥基的比例同期增加，薄膜的親水及負(fù)電性能增強(qiáng)。對(duì)于表面電化學(xué)n型摻雜的氧化鈦材料也可以通過表面電子的轉(zhuǎn)移，電子的注入能中和材料表面的路易斯酸和質(zhì)子酸位，使得材料表面的酸性羥基減少，堿性羥基比例增多，材料表面整體的負(fù)電性能增加。系列血液相容性評(píng)價(jià)試驗(yàn)證實(shí)800度高溫退火及n

4、型摻雜氧化鈦材料的血液相容性都較優(yōu)異。
　　(2)材料血液界面反應(yīng)的動(dòng)態(tài)原位的監(jiān)控與探索性研究:利用QCM技術(shù)分別研究了表面電化學(xué)n型摻雜前后氧化鈦材料與血漿各組分（纖維蛋白原、凝血因十二、貧板血漿及富板血漿）階段性及全局性的原位作用過程。重點(diǎn)研究了參與凝血行為的重要蛋白質(zhì)的吸附行為及與血栓形成的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)在熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)下，纖維蛋白原在高濃度下傾向于end-on的可逆吸附行為，而在低濃度下side-on的吸附方式增多。低濃度下，材料

5、與纖維蛋白原的界面作用越明顯，在具有更強(qiáng)負(fù)電性能的n型摻雜氧化鈦表面其吸附方式呈二相吸附，其構(gòu)象變化中參與凝血的關(guān)鍵位點(diǎn)（激活血小板結(jié)合位點(diǎn)、凝血酶作用位點(diǎn)）暴露較少。n型摻雜氧化鈦表面更能促進(jìn)凝血因子十二的激活，能更早的促進(jìn)凝血的啟動(dòng)，但血栓形成的質(zhì)量和強(qiáng)度還是主要由纖維蛋白原的吸附狀態(tài)決定。
　　(3)模型材料與凝血關(guān)鍵蛋白纖維蛋白原的分子作用機(jī)制解析:采用精密的界面表征手段（AFM，CD，Microdsc，F(xiàn)CM，免疫化學(xué)）

6、結(jié)合納米技術(shù)，將模型氧化鈦材料與蛋白質(zhì)的界面反應(yīng)效應(yīng)放大，從表面形貌、免疫化學(xué)功能、熱力學(xué)方面解析吸附纖維蛋白原的分子構(gòu)象。結(jié)果顯示:在帶有更多負(fù)電荷及堿性羥基的高溫退火及電子轉(zhuǎn)移氧化鈦表面，纖維蛋白原更傾向于通過帶有正電的αC端形成side-on的方式與材料結(jié)合，這種結(jié)合可以形成空間位阻，維持D結(jié)構(gòu)域完整，二級(jí)結(jié)構(gòu)中α螺旋和β折疊改變較少，避免D結(jié)構(gòu)域中γ鏈C端血小板結(jié)合位點(diǎn)及α鏈中凝血酶位點(diǎn)的更多暴露，從而降低血栓形成的幾率。