利用QCM-D监控生物分子在材料表面的吸附行为

摘要

生物材料植入人体后，首先发生的是植入材料与生命组织界面间的相互作用，研究生物材料与组织界面间相互作用的机制，该作用对人体可能产生的后果以及如何控制该界面作用成为生物材料科学领域中尚待解决的关键问题。目前关于生物材料与生命组织间界面作用的研究虽有成效，但相关研究主要集中在静态、分阶段和宏观阶段，其界面反应的分子机制和动力学尚不清楚，实时、原位的界面作用信息也难以获得。因此，本文在前期研究基础上，利用石英晶体微天平(QCM-D)技术的动态、实时、原位的特点，探讨性的研究生命系统中代表性的生物分子（脂质体、血浆蛋白、血小板、细胞）与材料界面间的作用，以期获得上述生物分子与材料界面作用的部分分子学机制，并评价QCM-D这种新技术在界面反应过程中的应用潜能。
　　本文首先利用QCM-D研究脂质膜(POPC)的成膜过程及其与细胞的相互作用，研究表明通过分析QCM-D的△D/△F曲线的变化，可以观测粘附在材料表面的细胞的形态变化;磷脂双分子层膜在一定程度上可以抑制细胞在其上的铺展，但这可以通过在磷脂双分子层膜中镶嵌RGD得以改善;由于磷脂双分子层膜的存在，含有RGD的磷脂双分子层膜上的细胞要比SiO2上的细胞形变小，但相比于不含RGD的磷脂双分子层膜上的细胞形变要大一些。
　　其次利用QCM-D研究血液关键蛋白、血小板与生物材料的相互作用，研究表明QCM-D能实时、动态观测材料表面吸附纤维蛋白原的量及其构象变化，发现材料表面吸附纤维蛋白原的量与纤维蛋白原在材料表面上的形态有关，side-on的构象吸附更不易暴露激活血小板的功能位点，具有更好的血液相容性;带负电荷的材料表面更易吸附Ⅻ因子，且更能促进Ⅻ因子的激活;在全血浆的研究中发现，纤维蛋白原对于材料的凝血行为具有更关键的调控作用。
　　再次利用QCM-D动态研究生物材料对细胞的捕获效应，研究表明QCM-D在研究细胞与生物材料之间的相互作用是一种非常有效的工具，它能够实时、原位、动态的监测细胞在生物材料表面上的粘附，铺展以及形态变化等;研究发现接枝了DOPA+CD133的晶片粘附内皮祖细胞的数量比接枝DOPA和空白晶片多，CD133抗体能促进内皮祖细胞的粘附。接枝DOPA的晶片表面的细胞铺展面积是最大的，这可能是由于表面吸附有更多的培养基蛋白质而有利于细胞更好的铺展。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 生物材料与生物分子界面作用

1．1．1 界面作用对生物材料应用的影响

1．1．2 生物材料表面界面特性参数对材料血液相容性的影响

1．1．3 血液接触材料界面作用的关键蛋白

1．1．4 生物材料与血小板、细胞的界面作用

1．2 原位界面作用表征技术

1．2．1 传统的原位界面作用表征技术

1．2．2 石英晶体微天平技术(QCM-D)

1．3 本课题的研究意义和研究目的

1．4 研究内容与研究方案

第2章 利用QCM-D研究脂质膜(POPC)的组装行为及其与细胞的相互作用

2．1 实验方法及步骤

2．1．1 脂质膜的制备

2．1．2 QCM-D实验过程及玻璃对照样的制备

2．2 实验结果及讨论

2．2．1 磷脂双分子层膜(SLBs)的形成过程

2．2．2 细胞在磷脂双分子层膜上的粘附及变化

2．3 本章小结

第3章 利用QCM-D研究氧化钛材料表面的凝血行为

3．1 电子转移型氧化钛材料的制备

3．1．1 电子转移型氧化钛薄膜的制备

3．2 氧化钛材料的结构及其理化性质分析

3．2．1 X射线衍射分析(XRD)

3．2．2 材料的表面润湿性

3．2．3 氧化钛材料表面酸碱分量

3．3 利用QCM-D研究纤维蛋白原、血小板等与材料表面的相互作用

3．3．1 利用QCM-D研究纤维蛋白原在材料表面的吸附情况及其构象变化

3．3．2 利用QCM-D研究十二因子与材料的相互作用

3．3．3 利用QCM-D研究纤维蛋白原与Ⅻ因子的竞争吸附

3．3．4 利用QCM-D研究血浆及乏十二因子血浆与材料的相互作用

3．3．5 利用QCM-D研究材料表面血小板的粘附情况及凝血情况

3．4 本章小结

第4章 利用QCM-D动态研究材料对细胞的捕获效应

4．1 多巴胺(DOPA)及抗体CD133表面改性氧化钛晶片的制备

4．2 利用QCM-D研究细胞在材料表面的粘附，生长以及铺展等

4．3 本章小结

总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目