生物活性钛表面微纳米结构对生物矿化过程的特异性调控及其机制

在生理环境下生物活性钛在组织界面间通过蛋白质和基因所调控的特异性生物矿化过程形成类骨磷灰石界面层，该界面层对其生物学效应（生物活性反应、骨诱导反应和经皮密封反应等）具有重要作用；而经各种改性方法获得的生物活性钛由于其表面微纳米结构不同导致其在各种应用中的生物学效应有显著差异。为认识这些不同的生物学效应的本质，本项目从研究特异性生物矿化过程入手，考察各种方法获得的生物活性钛表面微纳米结构对生物矿化过程及其产物的特异性调控。首先考察钛表面微纳米结构因素（表面能、表面电荷、晶体结构等）对调控生物矿化过程的相关蛋白质和基因的作用规律，然后研究生物矿化过程及其产物结构对钛表面微纳米结构因素的依赖规律，从而在蛋白质分子水平和基因层面揭示钛表面微纳米结构特异性调控生物矿化过程的材料学和生物学机制；进一步研究特异性生物矿化产物的生物学效应，指导设计具有特定应用目标的生物活性钛表面微纳米结构及其制备方法。

项目研究了通过各种表面改性方法获得的生物活性钛的表面微纳米结构，考察了钛表面微纳米结构与胶原蛋白的相互作用， 研究了这种相互作用对生物矿化过程的调控作用， 进一步考察了钛表面微纳米结构对生物矿化基因表达的调控作用。研究发现， 生物活性钛表面微纳米结构可以调控钛表面对胶原的吸附量以及胶原的构象，钛表面极性越高越有利于胶原的吸附； 胶原所发生的变化对表面的生物矿化过程产生显著影响， 在模拟体液中胶原抑制矿化过程；在细胞参与条件下， 胶原促进细胞在材料表面成骨相关蛋白ALP以及OCN的表达，从而促进活性钛材料的表面生物矿化。有关特异性生物矿化产物的生物学效应的研究目前仍在进行中。