剪切流场中具有微纳结构的仿生材料表面血液相容性研究

具有微纳米结构的人造超亲水和超疏水材料在生物仿生方面具有广泛而重要的应用，而人工材料表面的血液相容性研究是研制人工心脏、瓣膜支架及人工血管等人造器官的基础，本研究属于力学、生物、微纳米技术及表面物理化学的多学科交叉前沿课题。拟通过设计制备仿细胞外层膜的超亲水表面和具有微米－纳米多级结构的超疏水表面，利用实验测量和数值模拟的方法，研究在剪切流场作用下，材料表面的亲疏水性、微纳米结构的几何结构及表面电荷性等表面特性参数与血液相容性的定量关系，重点解析蛋白质、血小板及血细胞在三维微纳米复杂结构表面上的粘附、脱落、迁移及破碎等动态行为及物理机制，从微观角度揭示材料的界面特性对凝血和溶血现象的影响，从而为仿生材料的优化设计和制备提供理论指导。

具有微纳米结构的人造超亲水和超疏水材料在生物仿生方面具有广泛而重要的应用，而人工材料表面的血液相容性研究是研制人工心脏、瓣膜支架及人工血管等人造器官的基础，本研究属于力学、生物、微纳米技术及表面物理化学的多学科交叉前沿课题。本研究通过设计制备超亲水表面和具有微米结构的超疏水表面，利用实验测量和数值模拟的方法，研究了剪切流场作用下，材料表面的亲疏水性、微纳米结构的几何结构等表面特性参数与血液相容性的定量关系。得到了以下结论：.1. 蛋白质吸附实验表明：白蛋白倾向于吸附在疏水表面，纤维蛋白倾向于吸附在亲水表面。两种蛋白质均在微柱间距为8um的结构表面吸附最低。随着微柱高度的增加，两种蛋白质吸附量先是增加，在微柱高度12um时达到峰值，随着高度的继续增加吸附量有所下降，但要高于光滑表面。竞争性吸附实验更加说明了疏水表面对白蛋白的亲和性。.2. 血小板粘附实验表明：疏水表面能够大大减少血小板的粘附。表面拓扑结构的存在一方面增加了材料的疏水特性，另一方面其本身的形态结构也有利于抑制血小板的吸附。血小板在间距为6um的表面粘附最少。在大间距(大于6um)结构下，微柱越高，血小板吸附量越高，血小板更容易发生变形。边长较宽的方柱，血小板则粘附在方柱周围，并容易聚集。.3. 蛋白质和血小板吸附实验综合表面，疏水性表面具有较好的抗凝血性及血液相容性，与血小板尺度相当(6-8um)的表面结构具有较好的抗血小板粘附与活化能力。.4. 利用DPD方法和Level-set方法研究了红细胞及血小板在微通道内的流动和在材料表面的黏附行为。.这些研究从微观角度揭示材料的界面特性对凝血和溶血现象的影响，从而为仿生材料的优化设计和制备提供理论指导。