利用光催化印刷技术将TiO2的光致生物学功能转移到高分子材料表面的研究

The photo-induced bio-functions were the new focus of the study of TiO2. Recently, the reactive oxygen species (ROS) was found to be responsible for the photo-induced bio-functions, based on which, the applicant invented a new method to transfer the photo-induced bio-functions form TiO2 to other materials. We call this method as TiO2 nanoparticles-Photocatalytic Lithography (TiO2NPs-PCL). This project is due to improve this new technology, and study the mechanism of how the ROS changed the polymers materials surface properties to improve the bioactive, anticoagulant ability, and antibacterial artily. And try to improve the above ability at the same time by the control of the ROS generation amout.

氧化钛(TiO2)的光致生物学功能是近年来的研究新热点。最近申请人发现TiO2的上述功能与紫外辐照时产生的光生氧自由基(ROS)有密切的联系。据此申请人开发出利用氧化钛纳米颗粒-光催化印刷(TiO2NPs-PCL)这样一种利用光生ROS将TiO2光致生物学功能转移到其他材料表面的技术。本项目拟从以下方面对这一新技术展开研究：（1）利用TiO2NPs-PCL技术向PU转移光致生物学功能的工艺优化。（2）研究TiO2NPs-PCL技术向PU转移TiO2光致生物学功能的的作用机制。（3）研究利用TiO2NPs-PCL技术协同提高PU生物相容性/抗凝血性/抗菌性功能的作用机制。（4）系统评价TiO2NPs-PCL对材料生物相容性的影响。本研究对理解和应用TiO2NPs-PCL技术具有重要的指导意义，并有望揭示光生ROS-材料表面特性-蛋白吸附-生物学功能的内在联系，具有重要的实用价值与理论意义。

项目研究工作围绕研究计划书中的研究内容展开，并获得了如下重要结果：（1）通过对氧化钛纳米颗粒-光催化印刷(TiO2NPs-PCL)处理技术的优化，获得了D-UV-U（沉积-辐照-超声）这一优选的处理工艺，实现了对包括PU在内的多种材料的抗凝血性的改善。（2）揭示了TiO2NPs-PCL技术向材料转移光致抗凝血性和抗菌性，是源于TiO2在光催化过程中产生的自由电子途径所产生的氧自由基所引起的。并与该表面维持血液中白蛋白的天然结构有关。这种维持作用，可能与材料表面所产生的羰基，以及提高的材料亲水性有关。（3）体外研究发现，经该方法处理的聚氨酯（PU）材料，在血液环境中，具有良好的抗凝/抗菌能力，同时其细胞亲和力并未受到显著影响。（4）进一步改进了TiO2NPs-PCL技术，发展了新型的氧化钛@银纳米颗粒-光催化印刷（TiO2@AgNPs-PCL）技术，利用该技术，实现了对PU抗凝血性和抗菌性的显著提升。兔颈动脉半体外血液循环结果显示，该经该技术处理的PU导管具有优异的抗凝血性。.本研究的科学意义及实用价值：（1）本研究揭示了光生ROS-材料表面特性-蛋白吸附-生物学功能的内在联系，这为我们理解和调控材料的生物学性能提供了新的思路。以本研究为基础，在未来的研究中，可以发展更高效和强力ROS产生方式调控材料的生物学性能。（2）本研究揭示了PCL处理后，材料的抗凝、抗菌能力依赖于对吸附的白蛋白的天然结构的维持这一机理性问题。这与依赖于静电作用的TiO2的光致细胞亲和力是不同的机制。并且我们发现。经PCL处理后，能在提高PU的抗凝、抗菌能力的同时，不降低PU的细胞亲和力。（3）本研究所开发的TiO2@AgNPs-PCL技术，在PU及PU导管上展示出了良好的抗菌、抗凝能力，具有实用价值。.