TiO2表面納結構對膠原蛋白吸附影響的分子動力學模擬.pdf

1、鈦系金屬材料是常用的生物材料,由于彈性模量與骨骼相近而且表面存在致密的氧化層(TiO2),使其具有良好的機械和生物學性能,在組織整形外科、心血管材料等領域有廣泛的應用。在影響材料生物活性的諸多因素中,表面拓撲形貌是獨立影響材料表面細胞黏附和形成“接觸引導”現(xiàn)象的關鍵因素。通常蛋白質在細胞黏附和“接觸引導”現(xiàn)象中起到媒介作用,因此研究蛋白質在不同拓撲形貌表面的吸附特性有助于理解細胞黏附機理和解釋“接觸引導”現(xiàn)象,從而能為人們合理設計表面形

2、貌提供理論依據(jù)。
　　膠原作為細胞黏附蛋白和支架蛋白,因具有誘導細胞黏附和指導生物礦化的作用而得到廣泛研究。因此,本文以膠原蛋白和金紅石型TiO2為研究對象,運用經(jīng)典分子動力學方法研究膠原片段在不同金紅石型表面的吸附特性,從分子水平為解釋蛋白質在圖案化表面吸附過程提供理論依據(jù)。本文建立了沿不同晶向分布的TiO2臺階模型,從吸附構象以及膠原結構變化角度,對水分子和膠原在其表面的吸附過程進行了分析。此外,還建立TiO2納結構表面,并分

3、析了膠原與TiO2初始距離較近時對吸附的影響,同時還針對凹槽寬度對膠原吸附性能的影響進行了討論。昀后本文還以NaCl溶液為例,分析了離子在膠原吸附過程中的作用。
　　模擬結果表明,TiO2表面納結構影響膠原在其表面的吸附,主要體現(xiàn)為TiO2近表面吸附的第一水層能促進膠原的吸附,但是TiO2表面運動較為劇烈的水層(第二及以上水層)則會阻礙其吸附。膠原內氨基酸之間形成的氫鍵會影響膠原片段在 TiO2表面吸附,當這種氫鍵在膠原穩(wěn)定吸附于

4、 TiO2表面之后形成,則促進膠原在TiO2表面穩(wěn)定吸附,反之則阻礙與TiO2直接作用。當膠原與TiO2間初始相距較近時,有較多的側鏈氨基酸能與TiO2直接成鍵,這時膠原的吸附構象更為穩(wěn)定。TiO2表面凹槽寬度影響膠原吸附,當凹槽與膠原位置平行,且凹槽寬度與膠原直徑相近時,有利于膠原的吸附,但是當二者位置相互不平行時,則凹槽寬度越寬,反而適宜膠原吸附。此外,溶液中陽離子(Na+)能促進膠原在TiO2表面的吸附,主要表現(xiàn)為于吸附TiO2表