钛及其合金具有优良的机械性能和耐生理腐蚀性能,广泛应用于血液接触医疗器械,如血管支架、心脏瓣膜和血栓滤器等,但是钛合金的生物相容性亟待提高。本课题首先通过阳极氧化法在钛表面原位制备Ti O2纳米管阵列(TNT),然后在其表面制备了多种生物活性涂层,赋予钛合金良好的生物相容性,并对改性前后的材料物理化学性能和生物相容性进行了详细研究。(1)采用“金属-儿茶酚胺”一步组装策略,在阳极氧化的TNT表面制备了仿生聚多巴胺-Zn2+(DA-Zn2+)涂层。不同锌含量的DA-ZCB-839细胞培养n2+涂层均表现出优异的亲水性。DA-Zn2+涂层持续释放的Zn2+赋予氧化钛纳米管优异的血液相容性和抗菌性能。同时,DA-Zn2+涂层不仅显示出增强内皮细胞(EC)粘附和增殖的优异能力,还能上调内皮细胞一氧化氮(NO)和内皮细胞生长因子(VEGF)的表达。(2)通过多巴胺自聚合过程中对金属离子的螯合作Preoperative medical optimization用,将铜离子(Cu2+)和锶离子(Sr2+)共同引入纳米管阵列中,赋予材料多功能生物特性。所制备的Ti O2纳米管内径约为60 nm,外径为90-110 nm,管长为4-6μm,Cu2+和Sr2+的载入几乎不改变纳米管的形态和尺寸,但显著提高了亲水性,在促进牛血清白蛋白(BSA)的吸附的同时可以抑制纤维蛋白原(FIB)的吸附,表现出选择性白蛋白吸附效应。与此同时,负载的Cu2+和Sr2+双金属离子不仅有效抑制了血小板的粘附和活化,也显著促进了内皮细胞生长并上调VEGF和NO的表达。这些结果表明,Cu-Sr共载的Ti O2纳米管可以协同改善材料的血液相容性和内皮细胞相容性,有利于同时抑制凝血发生和促进血管内皮愈合。(3)在TNT表面自组装3-氨丙基三甲氧基硅烷的基础上共价接枝了海藻酸钠/羧甲基壳聚糖复合高分子(SA/CS涂层),并进一步接枝CO释放分子(CORM-401),构建了可催化释放CO气体信号分子的生物活性表面。改性后的纳米管阵列不仅呈现出优异的亲水性能,而且能够自发缓慢释放CO气体分子。在半胱氨酸的催化作用下,CO的释放量显著增加,CO的释放显著提高了白蛋白的吸附、降低了血小板的粘附与激活、改善了材料的溶血性能,同时促进了内皮细胞的粘附与增殖以及内皮细胞VEGF与NO的上调表达,表明材料表面CO的释放可同时提高材料的抗凝血性能和促内皮细胞生长性能。(4)在Ti O2纳米管表面制备载Cu2+的聚多巴胺涂层的基础上共价接枝羧甲基壳聚糖(CS),并进一步通过静电吸附引入海藻酸钠(SA),最后化学固定硒代胱胺,制备出了可催化内源性供体释放NO的多功能复合涂层。在催化释放NO的情况下,该涂层可以在促进BSA吸附的同时减少FIB吸附,并同时抑制血小板的粘附和激活,增强内皮细胞的粘附和增殖以及上调内皮细胞VEGF和NO的表达。因此,该涂层可以在体内血液环境中催化内源性供体释放NO提高材料的抗凝血能力和促内皮生长能力,有望解决钛合金在临床应用中生物相容性不足的问题。(5)在TNT表面制备DA-Zn2+涂层的基础上,接枝氨基六臂聚乙二醇(PEG),然后将肝素与精氨酸-谷氨酸-天冬氨酸-缬氨酸(REDV)的复合物共价接枝在材料表面,制备出具有优异抗生物污染性能、抗凝血性能以及特异性促内皮细胞生长的生物活性表面。与未改性钛合金表面相比,改性后表面亲水性显著提高,BSA的吸附随着亲水性的提高而提高,但是FIB的吸附则下降,因此,改性后的材料可以有效减少血小板的粘附和激活,提高材料的血液相容性。同时,由于REDV特异性的Proton Pump抑制剂促内皮细胞生长作用,改性后的纳米管材料不仅可以促进内皮细胞的粘附与增殖,而且也可以进一步提高内皮细胞VEGF和NO的表达,从而显著提高了材料促内皮细胞生长的能力。综上所述,本课题采用阳极氧化技术在钛合金表面原位成功构建了Ti O2纳米管阵列,提高了材料的亲水性、白蛋白吸附性能、血液相容性及细胞相容性;在此基础上,通过单种、多种金属活性离子、聚合物涂层及仿生涂层的构建都进一步提高了材料的血液相容性和促内皮细胞生长性能。本课题的研究提供了多种可以同时提高钛合金血液相容性和促内皮细胞生长性能的表面改性策略,赋予了材料多功能生物特性,可望在植入性医用材料和器械方面(尤其是血液接触材料)获得应用。