钛基生物材料微图形多功能生物活性表面与人体血液及内皮细胞的相互作用机制与调控

Titanium-based biomaterials have been widely used for intravascular interventional medical devices such as stent and thrombosis filter. Surface modification plays a key scientific role in improving the performances and functions of materials by providing multi-functional bioactivities and the ability to regulate blood, surrounding tissues and cells. Fully considering the influences of multi-functional biochemical activities and topographical structures of materials surface on their performances and functions, this project is established on the interfacial interactions between materials and blood and endothelial cells, microcontact printing combined with other surface modification techniques are used to create the micropatterned multifunctional bioactive surface on titanium-based biomaterials surface. The effect rules of surface bioactive molecules and the topographical structures of their distribution on blood and endothelial cell behaviors will be studied. The interaction and regulation mechanism between materials and blood and endothelial cell will be clarified. By this project, how to regulate surface multiple biological functions and surface cell morphologies and functions and so on will be further understood. The key multi-functional bioactive surface modification techniques of titanium-based biomaterials will be established and the titanium-based intravascular implant materials with excellent performances and functions will be obtained.

钛基生物材料在血管支架、血栓滤器等血管内介入医疗器械方面具有广泛的应用，通过表面改性赋予材料多功能生物活性，使其具有对血液、周围组织、细胞进行生物调控的能力，对增强材料的性能和功能具有十分关键的科学意义。本项目以材料与血液及内皮细胞的界面相互作用为切入点，充分考虑材料表面的多功能生物化学活性以及材料表面的拓扑形貌结构对材料性能和功能的影响，采用微接触印刷术结合其它表面改性技术在钛基生物材料表面构建微图形多功能生物活性表面，研究表面生物活性分子及其分布的拓扑结构对血液及内皮细胞行为的影响规律，探明材料与血液及内皮细胞的相互作用机制及其调控机理。通过本项目的研究，将在调控材料表面多种生物功能、调控材料表面的细胞形态与功能等方面取得进一步认识，并建立起钛基生物材料多功能生物活性表面改性的关键技术，获得具有优异性能和功能的钛基血管内植入材料。

心血管医疗器械在治疗心血管疾病方面具有十分重要的作用。深入认识植入材料与生物体的界面相互作用机理，改善心血管材料的表面性质并对材料与生物体之间的界面相互作用行为进行调控，以适应体内生理微环境的需要，是目前亟需解决的科学技术难题。.本项目充分考虑材料表面化学结构和拓扑结构对生物相容性的影响，采用多种表面改性技术构建了一系列可以调控界面生物作用的仿生微环境，提高植入材料的性能和功能，研究表面改性对血液和内皮细胞行为的影响规律以及相互作用和调控机制。结果表明，材料表面的生物活性分子种类、化学官能团和拓扑结构对材料与周围环境的相互作用起着重要作用。采用微接触印刷术构建的微图形生物活性多功能表面可以精确控制生物活性分子在材料表面的分布结构，有效调控血液及内皮细胞的生长行为；将载生物活性因子的纳米颗粒固定在材料表面构建的仿生微环境大幅度提高了材料的生物相容性，显著提升了材料调控血管内生理反应的能力；钛表面制备的载肝素氧化石墨烯涂层不仅可以提高材料的抗凝血性能，而且可以有效促进内皮细胞的生长；在表面化学处理的基础上固定生物活性分子可以同时提高镁合金的耐蚀性和生物相容性，实现镁合金电化学降解行为和生物相容性的调控与优化；在材料表面制备不同浓度的化学功能基团也可以赋予材料优异的血液相容性和促内皮细胞生长性能，实现植入材料与生物体之间界面相互作用的调控。.项目目前已经发表学术论文24篇，其中SCI收录论文19篇；申请国家发明专利13项，美国发明专利1项，已授权专利4项；获各类科技奖励5项，培养硕士研究生2人。项目的研究成果进一步深化了植入材料与生物体界面相互作用的认识，在调控材料表面多种生物功能、调控材料表面的细胞形态与功能等方面取得了进一步的认识，为生物材料特别是心血管生物材料的表面改性提供了多项新的技术手段，对发展具有自主调控界面生理反应的心血管医疗器械具有重要的意义。