氧化鈦材料與血漿界面反應的分子機制探究.pdf

1、心腦血管疾病是當今嚴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，嚴重制約了此類材料的臨床應用。深入研究材料與血液的界面反應過程（特別是材料-蛋白界面作用）;探討材料介導血栓形成的關鍵環(huán)節(jié)和關鍵因素;從分子學水平揭示材料的抗凝血機理;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于鈦氧薄膜抗凝血材料的改良應用研究中，積累了豐富的理論和實踐研究經驗，相

2、應產品已應用臨床中。本研究在此基礎上，選取具有典型代表意義的高溫退火及表面電化學摻雜氧化鈦材料，結合先進精密的界面反應手段，原位探討其材料-血液界面的反應機制，以期實現對其抗凝血機理的深入全面認識。論文主要內容如下:
　　(1)模型氧化鈦材料的選取及血液相容性評價:選取兩種在實踐加工中具有操作簡單、對材料表面性質影響較為單一的高溫退火及表面電化學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;對薄膜和粉末材料的

3、表面物理化學及凝血性能進行了全面表征。結果發(fā)現高溫退火能導致薄膜表面氧空位的產生，其中尤以800度高溫退火最為顯著，氧空位的產生（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，薄膜的親水及負電性能增強。對于表面電化學n型摻雜的氧化鈦材料也可以通過表面電子的轉移，電子的注入能中和材料表面的路易斯酸和質子酸位，使得材料表面的酸性羥基減少，堿性羥基比例增多，材料表面整體的負電性能增加。系列血液相容性評價試驗證實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)材料血液界面反應的動態(tài)原位的監(jiān)控與探索性研究:利用QCM技術分別研究了表面電化學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。重點研究了參與凝血行為的重要蛋白質的吸附行為及與血栓形成的關系。發(fā)現在熱力學驅動下，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，在具有更強負電性能的n型摻雜氧化鈦表面其吸附方式呈二相吸附，其構象變化中參與凝血的關鍵位點（激活血小板結合位點、凝血酶作用位點）暴露較少。n型摻雜氧化鈦表面更能促進凝血因子十二的激活，能更早的促進凝血的啟動，但血栓形成的質量和強度還是主要由纖維蛋白原的吸附狀態(tài)決定。
　　(3)模型材料與凝血關鍵蛋白纖維蛋白原的分子作用機制解析:采用精密的界面表征手段（AFM，CD，Microdsc，FCM，免疫化學）

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