聚烯烃表面微观结构构建及其与血小板作用机制研究

Biomedical polymers that contact blood must possess anticoagulant properties. Platelets play a fundamental role in thrombus formation. Surfaces micro-structure and bioactivity have more remarkably influence on platelet adhesion. In this project, we will choose biomedical polyolefin as substrates, and fully considering the influence of surface biochemical activities and topography on platelet adhesion behavior. We will construct the well-defined anticoagulant surface of polyolefin by grafting hydrophilic monomers and bioactive molecules through thiol-ene photopolymerization. Then fabricated patterned surface by regulating the chemical compositions and topology morphologies, investigated the activation and adhesion of platelets on the specific structure of polyolefin surface from the time and spatial dimensions. This project mainly focuses on the multi-interactions between platelets and polyolefin surfaces under the conditions of time evolution and space limitation to qualitatively evaluate the platelets activation and communication on polyolefin surfaces with time and quantitatively illuminate the platelet adhesion mechanisms on different bioactive surfaces. By this project, the method to manipulate the platelet adhesion and thrombus on the polyolefin-based biomaterials will be established, and high performance polymer materials with good anticoagulation will be obtained.

与血液接触的高分子材料必须具备良好的抗凝血性能，血小板在凝血过程中承担关键作用。材料表面微观结构及其生物活性对血小板粘附行为具有重要影响。本项目以医用聚烯烃为基体材料，充分考虑材料表面生物活性及其微观拓扑结构对血小板粘附行为的影响，利用表面光引发巯烯聚合接枝亲水性单体和生物活性分子，构建具有精确设计的微观拓扑结构的生物活性抗凝血表面；通过化学结构和拓扑结构的调控，实现生物活性微图案化表面的构建；研究聚烯烃表面血小板在多重相互作用下的时间演化和空间受限行为，血小板在生物活性微观拓扑结构表面的激活和粘附过程，从而探明血小板与材料相互作用的界面生物学机制和粘附动力学。通过本项目的研究，将建立材料表面调控血小板粘附及凝血过程的方法，为制备高性能抗凝聚烯烃材料提供理论基础，并获得具有优异性能的抗凝高分子材料。

本项目通过巯烯聚合接枝两性离子内盐构建抗凝表面，并利用图案化表面构建实现血小板在材料表面的粘附行为和粘附过程可控。以功能化的微观表面为平台，固定不同蛋白配体，研究血小板与不同蛋白配体的相互作用。通过粘附时间和粘附空间控制深入研究血小板在材料表面粘附动力学，揭示血小板与材料表面的相互作用机制以及血小板在凝血过程中承担的重要作用。研究发现，通过调节光掩膜版的尺寸可以实现对血小板粘附区域尺寸的控制，随着粘附区域的减小，可以实现对数百到几个血小板粘附的控制。考察了纤维蛋白原、纤连蛋白以及胶原蛋白三种蛋白在图案化表面对血小板粘附的影响。纤维蛋白原是一种主要的血浆蛋白，是血小板膜表面最重要的受体糖蛋白的配体，其与GPIIb/IIIa的结合介导血小板的粘附和聚集。纤连蛋白在血浆和血管壁内皮下膜中都存在，可以作为GPIIb/IIIa、αvβ3及α5β1的配体与血小板相结合。而胶原蛋白存在于内皮细胞下的细胞外基质蛋白，是GPVI的配体具有促凝的作用。从相互作用的研究结果看，纤连蛋白和纤维蛋白原对血小板粘附激活的诱导作用最强，其粘附数量也高于固定胶原蛋白的表面。从粘附形态看，纤连蛋白与纤维蛋白原作用较为相似，均是促使血小板的粘附聚集，多数的血小板在这两种蛋白的诱导下呈现大量的丝状伪足化，而胶原则是趋向于使血小板粘附稳定，促使血小板铺展完成最终稳定的粘附过程。其结果可以用于指导抗凝高分子表面微结构构建，在血液接触高分子材料研究领域具有一定意义。. 项目取得的研究进展可用于指导血液接触材料的表面修饰，并为高性能血液接触类材料的开发与应用打下基础。项目目前在国内外重要学术刊物上已发表SCI收录期刊论文7篇；申请国家发明专利2项，申请美国专利1项；获各类科技奖励4项。