第四章蛋白質(zhì)吸附與生物相容性.

1、醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料Medical Polymer Materials 第四章第四章 蛋白質(zhì)吸附與生物相容性蛋白質(zhì)吸附與生物相容性2醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章隨著再生醫(yī)學(xué)和組織工程技術(shù)的發(fā)展，對(duì)生物材料提出了隨著再生醫(yī)學(xué)和組織工程技術(shù)的發(fā)展，對(duì)生物材料提出了更高的要求。更高的要求。生物材料的生物相容性（生物材料的生物相容性（biocompatibility）受到了前所未受到了前所未有的重視。生物相容性在生物材料中是如此重要而且是生物材有的重視。生物相容性在生物材料中是如此重要而且是生物材料中共性問題，而蛋白質(zhì)黏附又直接影響到生物相容性。料中共性問題，而蛋白質(zhì)黏附又直接影響

2、到生物相容性。3醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章4.1 生物相容性概念與定義生物相容性概念與定義 4.1.1 血液相容性血液相容性 4.1.2 組織相容性組織相容性4.2 蛋白質(zhì)吸附蛋白質(zhì)吸附 4.2.1 蛋白質(zhì)吸附的重要性蛋白質(zhì)吸附的重要性 4.2.2 蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué) 4.2.3 蛋白質(zhì)吸附的研究方法蛋白質(zhì)吸附的研究方法 4.2.4 蛋白質(zhì)吸附的蛋白質(zhì)吸附的Vorman效應(yīng)效應(yīng) 4.2.5 蛋白質(zhì)吸附與生物相容性蛋白質(zhì)吸附與生物相容性4.3 宿主宿主-生物材料的相互作用生物材料的相互作用 4.3.1 材料反應(yīng)材料反應(yīng) 4.3.2 宿主反應(yīng)宿主反應(yīng) 4

3、.3.3 結(jié)構(gòu)相容性問題結(jié)構(gòu)相容性問題4.4 免疫細(xì)胞與組織修復(fù)免疫細(xì)胞與組織修復(fù) 4.4.1 炎癥細(xì)胞在組織修復(fù)中的作用炎癥細(xì)胞在組織修復(fù)中的作用 4.4.2 生長(zhǎng)因子在組織修復(fù)中的作用生長(zhǎng)因子在組織修復(fù)中的作用4醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章4.1 生物相容性（生物相容性（biocompatibility）作為細(xì)胞、組織或者器官再生的支架與模板，生物材料在作為細(xì)胞、組織或者器官再生的支架與模板，生物材料在組織工程研究中起到不可或缺的重要作用，支架與模板材料為組織工程研究中起到不可或缺的重要作用，支架與模板材料為細(xì)胞增殖提供了賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)，支持和促進(jìn)細(xì)胞細(xì)胞增殖提供了賴

4、以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)，支持和促進(jìn)細(xì)胞與組織的生長(zhǎng)，調(diào)控和誘導(dǎo)細(xì)胞與組織的分化等，而且可以控與組織的生長(zhǎng)，調(diào)控和誘導(dǎo)細(xì)胞與組織的分化等，而且可以控制組織工程或器官在宏觀上按要求的形狀再生。制組織工程或器官在宏觀上按要求的形狀再生。鑒于組織工程的生物材料直接與細(xì)胞、組織和宿主的生理鑒于組織工程的生物材料直接與細(xì)胞、組織和宿主的生理系統(tǒng)相接處，因此對(duì)生物材料的要求除了需要具備物理機(jī)械性系統(tǒng)相接處，因此對(duì)生物材料的要求除了需要具備物理機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性、無毒性和易加工成型性意外，還必須具有能、化學(xué)穩(wěn)定性、無毒性和易加工成型性意外，還必須具有生生物相容性物相容性。5醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章

5、第四章生物相容性（生物相容性（biocompatibility） 生物材料在宿主的特定環(huán)境和部位，與宿主直生物材料在宿主的特定環(huán)境和部位，與宿主直接或間接接觸時(shí)所產(chǎn)生相互反應(yīng)的能力。接或間接接觸時(shí)所產(chǎn)生相互反應(yīng)的能力。 生物相容性是材料在生物體內(nèi)處于動(dòng)態(tài)變化過生物相容性是材料在生物體內(nèi)處于動(dòng)態(tài)變化過程中，能耐受宿主各系統(tǒng)作用而保持相對(duì)穩(wěn)定，不被排斥程中，能耐受宿主各系統(tǒng)作用而保持相對(duì)穩(wěn)定，不被排斥和破壞的生物學(xué)特性，又稱為生物適應(yīng)性和生物可接受性。和破壞的生物學(xué)特性，又稱為生物適應(yīng)性和生物可接受性。 6醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章生物相容性在材料應(yīng)用的不同場(chǎng)合具有不同的要求和內(nèi)生物

6、相容性在材料應(yīng)用的不同場(chǎng)合具有不同的要求和內(nèi)涵：涵：血液相容性血液相容性（haemocompatibility）；）；組織相容性組織相容性（ tissue compatibility ），），細(xì)胞相容性細(xì)胞相容性（ cytocompatibility ）.7醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章4.1.1 血液相容性血液相容性生物材料與血液循環(huán)之間的一種特殊聯(lián)系生物材料與血液循環(huán)之間的一種特殊聯(lián)系生物材料的血液相容性問題，是一直以來廣受重視生物材料的血液相容性問題，是一直以來廣受重視的課題之一。多數(shù)體內(nèi)植入材料和體內(nèi)應(yīng)用的材料都要的課題之一。多數(shù)體內(nèi)植入材料和體內(nèi)應(yīng)用的材料都要與血液接觸。血

7、液在血管中的流動(dòng)，在正常情況下是暢與血液接觸。血液在血管中的流動(dòng)，在正常情況下是暢通無阻的。通無阻的。血液異常：當(dāng)血管受到損傷，血液離開血管進(jìn)入組血液異常：當(dāng)血管受到損傷，血液離開血管進(jìn)入組織時(shí)，會(huì)自動(dòng)凝血；當(dāng)血液與異物表面接觸時(shí)，可能發(fā)織時(shí)，會(huì)自動(dòng)凝血；當(dāng)血液與異物表面接觸時(shí)，可能發(fā)生溶血或凝血，從而形成血栓。生溶血或凝血，從而形成血栓。8醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章當(dāng)血液與生物材料表面接觸時(shí)，各種血漿蛋白質(zhì)會(huì)當(dāng)血液與生物材料表面接觸時(shí)，各種血漿蛋白質(zhì)會(huì)隨著材料表面性質(zhì)的不同，不同程度地迅速吸附在異物隨著材料表面性質(zhì)的不同，不同程度地迅速吸附在異物的表面，隨后引起血小板的黏附?？?/p>

8、以說血漿蛋白質(zhì)的的表面，隨后引起血小板的黏附?？梢哉f血漿蛋白質(zhì)的選擇吸附，反映了生物材料的血液相容性。選擇吸附，反映了生物材料的血液相容性。因此，為保證血小板不被黏附或活化，而在血管中因此，為保證血小板不被黏附或活化，而在血管中正常運(yùn)行，要求植入的生物材料具有良好的血液相容性。正常運(yùn)行，要求植入的生物材料具有良好的血液相容性。9醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章4.1.2 組織相容性組織相容性材料與組織器官接觸時(shí)，不能被組織所侵蝕，材料材料與組織器官接觸時(shí)，不能被組織所侵蝕，材料與組織之間應(yīng)有一種親和能力。與組織之間應(yīng)有一種親和能力。作為生物材料，必須滿足：高純，無毒，無刺激，作為生物材

9、料，必須滿足：高純，無毒，無刺激，不引發(fā)癌癥，無誘導(dǎo)病變，無抗原性，不引起溶血、凝不引發(fā)癌癥，無誘導(dǎo)病變，無抗原性，不引起溶血、凝血等，能與組織相容，盡可能的不引起病變。降解產(chǎn)物血等，能與組織相容，盡可能的不引起病變。降解產(chǎn)物為水溶性小分子，最好是自然產(chǎn)生的代謝物，這樣的降為水溶性小分子，最好是自然產(chǎn)生的代謝物，這樣的降解產(chǎn)物就能溶解在細(xì)胞外液中，通過腎臟和肺排出來。解產(chǎn)物就能溶解在細(xì)胞外液中，通過腎臟和肺排出來。更普通的是通過吞噬作用來實(shí)現(xiàn)，通常是靠巨噬細(xì)胞，更普通的是通過吞噬作用來實(shí)現(xiàn)，通常是靠巨噬細(xì)胞，偶爾也靠嗜中性粒細(xì)胞。偶爾也靠嗜中性粒細(xì)胞。10醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四

10、章生物材料引起宿主的反應(yīng)主要是通過宿主細(xì)胞對(duì)材生物材料引起宿主的反應(yīng)主要是通過宿主細(xì)胞對(duì)材料表面的識(shí)別引起的；料表面的識(shí)別引起的；生物材料的本體性能則對(duì)生物相容性基本沒有影響。生物材料的本體性能則對(duì)生物相容性基本沒有影響。因此，如何調(diào)控生物材料的表面性能以期達(dá)到最佳因此，如何調(diào)控生物材料的表面性能以期達(dá)到最佳的宿主反應(yīng)或細(xì)胞的宿主反應(yīng)或細(xì)胞-材料相互作用，降低不利的宿主反應(yīng)材料相互作用，降低不利的宿主反應(yīng)是生物材料研究的一個(gè)關(guān)鍵問題。是生物材料研究的一個(gè)關(guān)鍵問題。11醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章12醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章4.1 生物相容性概念與定義生物相容性概念與

11、定義 4.1.1 血液相容性血液相容性 4.1.2 組織相容性組織相容性4.2 蛋白質(zhì)吸附蛋白質(zhì)吸附 4.2.1 蛋白質(zhì)吸附的重要性蛋白質(zhì)吸附的重要性 4.2.2 蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué) 4.2.3 蛋白質(zhì)吸附的研究方法蛋白質(zhì)吸附的研究方法 4.2.4 蛋白質(zhì)吸附的蛋白質(zhì)吸附的Vroman效應(yīng)效應(yīng) 4.2.5 蛋白質(zhì)吸附與生物相容性蛋白質(zhì)吸附與生物相容性4.3 宿主宿主-生物材料的相互作用生物材料的相互作用 4.3.1 材料反應(yīng)材料反應(yīng) 4.3.2 宿主反應(yīng)宿主反應(yīng) 4.3.3 結(jié)構(gòu)相容性問題結(jié)構(gòu)相容性問題4.4 免疫細(xì)胞與組織修復(fù)免疫細(xì)胞與組織修復(fù) 4.4.1 炎癥

12、細(xì)胞在組織修復(fù)中的作用炎癥細(xì)胞在組織修復(fù)中的作用 4.4.2 生長(zhǎng)因子在組織修復(fù)中的作用生長(zhǎng)因子在組織修復(fù)中的作用13醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章4.2 蛋白質(zhì)吸附蛋白質(zhì)吸附絕大多說情況下，細(xì)胞與生物材料表面之間的相互作用并絕大多說情況下，細(xì)胞與生物材料表面之間的相互作用并不是直接進(jìn)行的。不是直接進(jìn)行的。當(dāng)生物材料與生理環(huán)境接觸時(shí)，當(dāng)生物材料與生理環(huán)境接觸時(shí)，首先首先到達(dá)生物材料表面的到達(dá)生物材料表面的是是水分子和無機(jī)鹽離子水分子和無機(jī)鹽離子，其次其次是體液、血液或培養(yǎng)基中的是體液、血液或培養(yǎng)基中的蛋白蛋白質(zhì)分子質(zhì)分子，最后最后才是才是細(xì)胞細(xì)胞到達(dá)材料表面。因此在材料表面與細(xì)胞到達(dá)

13、材料表面。因此在材料表面與細(xì)胞之間通常存在吸附的蛋白質(zhì)層，之間通常存在吸附的蛋白質(zhì)層，細(xì)胞通過蛋白質(zhì)層的介導(dǎo)而附細(xì)胞通過蛋白質(zhì)層的介導(dǎo)而附著、黏附進(jìn)而鋪展到材料表面。著、黏附進(jìn)而鋪展到材料表面。如圖如圖4-14.2.1 蛋白質(zhì)黏附的重要性蛋白質(zhì)黏附的重要性14醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章由此可見，材料表面對(duì)細(xì)胞的影響或引起的宿主反由此可見，材料表面對(duì)細(xì)胞的影響或引起的宿主反應(yīng)實(shí)際上是通過影響應(yīng)實(shí)際上是通過影響蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)在材料表面的吸附行為來實(shí)在材料表面的吸附行為來實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)的。生物材料表面所吸附的蛋白質(zhì)的種類、吸附速度、生物材料表面所吸附的蛋白質(zhì)的種類、吸附速度、吸附量以及空間構(gòu)

14、象等都直接影響材料的細(xì)胞相容性。吸附量以及空間構(gòu)象等都直接影響材料的細(xì)胞相容性。15醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章4.1 生物相容性概念與定義生物相容性概念與定義 4.1.1 血液相容性血液相容性 4.1.2 組織相容性組織相容性4.2 蛋白質(zhì)吸附蛋白質(zhì)吸附 4.2.1 蛋白質(zhì)吸附的重要性蛋白質(zhì)吸附的重要性 4.2.2 蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué) 4.2.3 蛋白質(zhì)吸附的研究方法蛋白質(zhì)吸附的研究方法 4.2.4 蛋白質(zhì)吸附的蛋白質(zhì)吸附的Vorman效應(yīng)效應(yīng) 4.2.5 蛋白質(zhì)吸附與生物相容性蛋白質(zhì)吸附與生物相容性4.3 宿主宿主-生物材料的相互作用生物材料的相互

15、作用 4.3.1 材料反應(yīng)材料反應(yīng) 4.3.2 宿主反應(yīng)宿主反應(yīng) 4.3.3 結(jié)構(gòu)相容性問題結(jié)構(gòu)相容性問題4.4 免疫細(xì)胞與組織修復(fù)免疫細(xì)胞與組織修復(fù) 4.4.1 炎癥細(xì)胞在組織修復(fù)中的作用炎癥細(xì)胞在組織修復(fù)中的作用 4.4.2 生長(zhǎng)因子在組織修復(fù)中的作用生長(zhǎng)因子在組織修復(fù)中的作用16醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章4.2.2 蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性極大的影響蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)和極大的影響蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)和機(jī)理、吸附的可逆性及多組分吸附的動(dòng)力學(xué)。機(jī)理、吸附的可逆性及多組分吸附的動(dòng)力學(xué)。蛋白質(zhì)分子是由多種氨基酸按一定的序

16、列通過酰胺鍵（肽蛋白質(zhì)分子是由多種氨基酸按一定的序列通過酰胺鍵（肽鍵）相互縮聚組成的具有三維結(jié)構(gòu)的復(fù)雜分子。鍵）相互縮聚組成的具有三維結(jié)構(gòu)的復(fù)雜分子。蛋白質(zhì)是氨基酸以肽鍵相互連接的線性序列。在蛋白質(zhì)中，蛋白質(zhì)是氨基酸以肽鍵相互連接的線性序列。在蛋白質(zhì)中，多肽鏈折疊形成特殊的形狀（構(gòu)象）。在結(jié)構(gòu)中，這種構(gòu)象多肽鏈折疊形成特殊的形狀（構(gòu)象）。在結(jié)構(gòu)中，這種構(gòu)象是原子的三維排列，由氨基酸序列決定。是原子的三維排列，由氨基酸序列決定。蛋白質(zhì)有四種不同的結(jié)構(gòu)層次蛋白質(zhì)有四種不同的結(jié)構(gòu)層次：初級(jí)結(jié)構(gòu)（：初級(jí)結(jié)構(gòu)（primary），），次級(jí)結(jié)構(gòu)（次級(jí)結(jié)構(gòu)（secondary），三級(jí)結(jié)構(gòu)（），三級(jí)結(jié)構(gòu)（ter

17、tiary）和四級(jí)結(jié)構(gòu)）和四級(jí)結(jié)構(gòu)（quaternary）（不總是有）。）（不總是有）。17醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章蛋白質(zhì)的初級(jí)結(jié)構(gòu)就是蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的排列順蛋白質(zhì)的初級(jí)結(jié)構(gòu)就是蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的排列順序，即氨基酸的線性序列。序，即氨基酸的線性序列。次級(jí)結(jié)構(gòu)由主鏈上酰胺鍵間的氫鍵偶聯(lián)形成的，如次級(jí)結(jié)構(gòu)由主鏈上酰胺鍵間的氫鍵偶聯(lián)形成的，如-螺旋螺旋（-helix）和）和-折疊結(jié)構(gòu)（折疊結(jié)構(gòu)（-pleated sheet）。）。18醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章三級(jí)結(jié)構(gòu)由分子鏈內(nèi)的相互作用形成，包括氫鍵、離子三級(jí)結(jié)構(gòu)由分子鏈內(nèi)的相互作用形成，包括氫鍵、離子鍵

18、和疏水力、鹽橋和二硫鍵。鍵和疏水力、鹽橋和二硫鍵。四級(jí)機(jī)構(gòu)由鏈段間的結(jié)合形成。四級(jí)機(jī)構(gòu)由鏈段間的結(jié)合形成。其中，四級(jí)結(jié)構(gòu)決定了蛋白質(zhì)與材料表面和細(xì)胞的作用。其中，四級(jí)結(jié)構(gòu)決定了蛋白質(zhì)與材料表面和細(xì)胞的作用。19醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章多數(shù)的血液蛋白多數(shù)的血液蛋白 包含極性、非極性和帶電的側(cè)鏈。在極包含極性、非極性和帶電的側(cè)鏈。在極性的溶液體系（如性的溶液體系（如PBS或血漿）中，為降低體系界面的自由或血漿）中，為降低體系界面的自由能，親水的側(cè)鏈間會(huì)相互聚集并趨向存在于與水接觸的界面，能，親水的側(cè)鏈間會(huì)相互聚集并趨向存在于與水接觸的界面，而疏水側(cè)鏈則聚集在蛋白質(zhì)分子的內(nèi)部。因此，

19、在蛋白質(zhì)分而疏水側(cè)鏈則聚集在蛋白質(zhì)分子的內(nèi)部。因此，在蛋白質(zhì)分子中產(chǎn)生了截然不同的微區(qū)結(jié)構(gòu)，這些微區(qū)決定了蛋白質(zhì)的子中產(chǎn)生了截然不同的微區(qū)結(jié)構(gòu)，這些微區(qū)決定了蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)，如圖高級(jí)結(jié)構(gòu)，如圖4-2。20醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章決定蛋白質(zhì)在材料表面吸附和脫附行為的物理化學(xué)因素通常有決定蛋白質(zhì)在材料表面吸附和脫附行為的物理化學(xué)因素通常有8種，如圖種，如圖4-3.在靠近過程中，在靠近過程中，蛋白質(zhì)分子的運(yùn)輸性蛋白質(zhì)分子的運(yùn)輸性質(zhì)質(zhì)和蛋白質(zhì)與材料表面的本征相互作用共和蛋白質(zhì)與材料表面的本征相互作用共同決定蛋白質(zhì)靠近表面的程度同決定蛋白質(zhì)靠近表面的程度（1），），它它們也同時(shí)受們也同

20、時(shí)受溶劑分子運(yùn)動(dòng)溶劑分子運(yùn)動(dòng)和其本身分子運(yùn)和其本身分子運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的影響動(dòng)性質(zhì)的影響（2）;在黏附過程中，以下三個(gè)因素構(gòu)成穩(wěn)在黏附過程中，以下三個(gè)因素構(gòu)成穩(wěn)定黏附在材料表面的驅(qū)動(dòng)力：定黏附在材料表面的驅(qū)動(dòng)力：蛋白質(zhì)和材蛋白質(zhì)和材料界面間的短程相互作用料界面間的短程相互作用（3）；）；由于在由于在蛋白質(zhì)與表面之間蛋白質(zhì)與表面之間釋放結(jié)合水以及相反電釋放結(jié)合水以及相反電荷離子而引起的熵增荷離子而引起的熵增（4）；）；材料表面使材料表面使蛋白質(zhì)變性引起的熵值增加蛋白質(zhì)變性引起的熵值增加（5） ；在蛋白質(zhì)從材料表面的脫附過程中，在蛋白質(zhì)從材料表面的脫附過程中，有三個(gè)因素使黏附表面去穩(wěn)定化并引起脫有三個(gè)因素

21、使黏附表面去穩(wěn)定化并引起脫附：附：溶劑熱擾動(dòng)溶劑熱擾動(dòng)（6） ；剪切流動(dòng)剪切流動(dòng)（7） ；其他其他能夠更穩(wěn)定地吸附于表面的物質(zhì)和蛋能夠更穩(wěn)定地吸附于表面的物質(zhì)和蛋白質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)吸附所做的功白質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)吸附所做的功（8）。）。21醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章從蛋白質(zhì)靠近材料表面，到在生物材料表面黏附，到從蛋白質(zhì)靠近材料表面，到在生物材料表面黏附，到從材料表面脫附的每一個(gè)過程中都有其獨(dú)自的特征。從材料表面脫附的每一個(gè)過程中都有其獨(dú)自的特征。在靠近過程中，蛋白質(zhì)分子的輸運(yùn)性質(zhì)和蛋白質(zhì)與材在靠近過程中，蛋白質(zhì)分子的輸運(yùn)性質(zhì)和蛋白質(zhì)與材料表面的本征相互作用共同決定蛋白質(zhì)靠近表面的程度，料表面的本征相互

22、作用共同決定蛋白質(zhì)靠近表面的程度，它們也同時(shí)受溶劑分子運(yùn)動(dòng)和其本身分子運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的影響。它們也同時(shí)受溶劑分子運(yùn)動(dòng)和其本身分子運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的影響。22醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章當(dāng)單一、靜態(tài)的蛋白質(zhì)溶液與基底材料接觸時(shí)，黏附速率取當(dāng)單一、靜態(tài)的蛋白質(zhì)溶液與基底材料接觸時(shí)，黏附速率取決于蛋白質(zhì)從本體溶液向基底材料的傳輸速率。決于蛋白質(zhì)從本體溶液向基底材料的傳輸速率。Andrade 和和Hlady認(rèn)為有四種傳輸機(jī)制：認(rèn)為有四種傳輸機(jī)制：擴(kuò)散，熱運(yùn)動(dòng)，擴(kuò)散，熱運(yùn)動(dòng)，流動(dòng)和偶聯(lián)運(yùn)動(dòng)流動(dòng)和偶聯(lián)運(yùn)動(dòng)-擴(kuò)散擴(kuò)散。在等溫下，平行的層狀流動(dòng)或靜態(tài)體系中蛋白質(zhì)的傳輸只能在等溫下，平行的層狀流動(dòng)或靜態(tài)體系中蛋白

23、質(zhì)的傳輸只能靠擴(kuò)散來完成；靠擴(kuò)散來完成；而在擾動(dòng)或攪拌體系中，四種傳輸方式都可發(fā)生。而在擾動(dòng)或攪拌體系中，四種傳輸方式都可發(fā)生。23醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章24醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章4.2.3 蛋白質(zhì)吸附研究方法蛋白質(zhì)吸附研究方法材料表面吸附的蛋白質(zhì)數(shù)量、組成和構(gòu)象可用多種分析材料表面吸附的蛋白質(zhì)數(shù)量、組成和構(gòu)象可用多種分析與測(cè)量方法來表征，如圓二色譜法、差示掃描量熱法、酶與測(cè)量方法來表征，如圓二色譜法、差示掃描量熱法、酶聯(lián)免疫分析、傅里葉變換紅外光譜及衰減全反射光譜、放聯(lián)免疫分析、傅里葉變換紅外光譜及衰減全反射光譜、放免分析、全內(nèi)反射熒光、橢圓偏振、掃描力顯

24、微術(shù)和石英免分析、全內(nèi)反射熒光、橢圓偏振、掃描力顯微術(shù)和石英微天平等等。微天平等等。25醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章4.1 生物相容性概念與定義生物相容性概念與定義 4.1.1 血液相容性血液相容性 4.1.2 組織相容性組織相容性4.2 蛋白質(zhì)吸附蛋白質(zhì)吸附 4.2.1 蛋白質(zhì)吸附的重要性蛋白質(zhì)吸附的重要性 4.2.2 蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué) 4.2.3 蛋白質(zhì)吸附的研究方法蛋白質(zhì)吸附的研究方法 4.2.4 蛋白質(zhì)吸附的蛋白質(zhì)吸附的Vroman效應(yīng)效應(yīng) 4.2.5 蛋白質(zhì)吸附與生物相容性蛋白質(zhì)吸附與生物相容性4.3 宿主宿主-生物材料的相互作用生物材料的

25、相互作用 4.3.1 材料反應(yīng)材料反應(yīng) 4.3.2 宿主反應(yīng)宿主反應(yīng) 4.3.3 結(jié)構(gòu)相容性問題結(jié)構(gòu)相容性問題4.4 免疫細(xì)胞與組織修復(fù)免疫細(xì)胞與組織修復(fù) 4.4.1 炎癥細(xì)胞在組織修復(fù)中的作用炎癥細(xì)胞在組織修復(fù)中的作用 4.4.2 生長(zhǎng)因子在組織修復(fù)中的作用生長(zhǎng)因子在組織修復(fù)中的作用26醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章差示掃描量熱技術(shù)差示掃描量熱技術(shù)可通過測(cè)量蛋白質(zhì)在溶液中或在可通過測(cè)量蛋白質(zhì)在溶液中或在材料表面的熱變性時(shí)的熱焓，通過轉(zhuǎn)變熱的差值推材料表面的熱變性時(shí)的熱焓，通過轉(zhuǎn)變熱的差值推導(dǎo)出蛋白質(zhì)的構(gòu)象變化。導(dǎo)出蛋白質(zhì)的構(gòu)象變化。紅外光譜及衰減全反射光譜紅外光譜及衰減全反射光譜可

26、用來研究蛋白可用來研究蛋白質(zhì)在表面吸附前后的構(gòu)象變化。質(zhì)在表面吸附前后的構(gòu)象變化。放射免疫分析放射免疫分析是測(cè)定表面蛋白質(zhì)數(shù)量最直接的工具是測(cè)定表面蛋白質(zhì)數(shù)量最直接的工具石英微天平石英微天平也可測(cè)定微量吸附的蛋白質(zhì)。也可測(cè)定微量吸附的蛋白質(zhì)。表面蛋白質(zhì)層表面蛋白質(zhì)層的厚度可通過橢圓偏振技術(shù)得到。的厚度可通過橢圓偏振技術(shù)得到。27醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章高度專一性的單克隆和多克隆抗體技術(shù)可特異性地檢高度專一性的單克隆和多克隆抗體技術(shù)可特異性地檢驗(yàn)到吸附蛋白的構(gòu)象及組成。驗(yàn)到吸附蛋白的構(gòu)象及組成。因此，不僅對(duì)細(xì)胞與吸附蛋白的數(shù)量關(guān)系進(jìn)行研究，因此，不僅對(duì)細(xì)胞與吸附蛋白的數(shù)量關(guān)系進(jìn)行

27、研究，同時(shí)可對(duì)細(xì)胞與蛋白質(zhì)的組成及構(gòu)象進(jìn)行比較。同時(shí)可對(duì)細(xì)胞與蛋白質(zhì)的組成及構(gòu)象進(jìn)行比較。28醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章4.1 生物相容性概念與定義生物相容性概念與定義 4.1.1 血液相容性血液相容性 4.1.2 組織相容性組織相容性4.2 蛋白質(zhì)吸附蛋白質(zhì)吸附 4.2.1 蛋白質(zhì)吸附的重要性蛋白質(zhì)吸附的重要性 4.2.2 蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué) 4.2.3 蛋白質(zhì)吸附的研究方法蛋白質(zhì)吸附的研究方法 4.2.4 蛋白質(zhì)吸附的蛋白質(zhì)吸附的Vroman效應(yīng)效應(yīng) 4.2.5 蛋白質(zhì)吸附與生物相容性蛋白質(zhì)吸附與生物相容性4.3 宿主宿主-生物材料的相互作用生物

28、材料的相互作用 4.3.1 材料反應(yīng)材料反應(yīng) 4.3.2 宿主反應(yīng)宿主反應(yīng) 4.3.3 結(jié)構(gòu)相容性問題結(jié)構(gòu)相容性問題4.4 免疫細(xì)胞與組織修復(fù)免疫細(xì)胞與組織修復(fù) 4.4.1 炎癥細(xì)胞在組織修復(fù)中的作用炎癥細(xì)胞在組織修復(fù)中的作用 4.4.2 生長(zhǎng)因子在組織修復(fù)中的作用生長(zhǎng)因子在組織修復(fù)中的作用29醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章4.2.4 蛋白質(zhì)吸附的蛋白質(zhì)吸附的Vroman效應(yīng)效應(yīng)蛋白質(zhì)在材料表面的吸附是繼水和無機(jī)鹽粒子吸附后蛋白質(zhì)在材料表面的吸附是繼水和無機(jī)鹽粒子吸附后在幾秒鐘內(nèi)發(fā)生的。在幾秒鐘內(nèi)發(fā)生的。血小板和血液中的其他有形成分直到血小板和血液中的其他有形成分直到1分鐘后才開始分

29、鐘后才開始黏附，此時(shí)蛋白質(zhì)層的厚度約黏附，此時(shí)蛋白質(zhì)層的厚度約20nm。因此，在固因此，在固-液界面上，黏附的蛋白質(zhì)必將影響到后液界面上，黏附的蛋白質(zhì)必將影響到后續(xù)過程的發(fā)生，因此細(xì)胞必須和該層蛋白質(zhì)發(fā)生作用。續(xù)過程的發(fā)生，因此細(xì)胞必須和該層蛋白質(zhì)發(fā)生作用。所以，黏附蛋白如纖維粘連蛋白、玻璃粘連蛋白和膠原所以，黏附蛋白如纖維粘連蛋白、玻璃粘連蛋白和膠原蛋白等能夠調(diào)控材料和細(xì)胞的作用。蛋白等能夠調(diào)控材料和細(xì)胞的作用。30醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)：蛋白質(zhì)在玻璃表面的吸附呈先后次序。在玻璃與血漿蛋白質(zhì)在玻璃表面的吸附呈先后次序。在玻璃與血漿接觸接觸2s時(shí)，可檢測(cè)到纖維蛋白原

30、，而在時(shí)，可檢測(cè)到纖維蛋白原，而在25s后而檢測(cè)不到。后而檢測(cè)不到。橢圓偏振測(cè)量表明橢圓偏振測(cè)量表明蛋白質(zhì)層的厚度蛋白質(zhì)層的厚度并沒有變化并沒有變化纖維蛋白原被親和性更強(qiáng)的其他蛋白所取代，即發(fā)生纖維蛋白原被親和性更強(qiáng)的其他蛋白所取代，即發(fā)生吸附蛋白置換的結(jié)果。吸附蛋白置換的結(jié)果。在吸附過程初期，纖維蛋白由于濃度較高而優(yōu)先占據(jù)在吸附過程初期，纖維蛋白由于濃度較高而優(yōu)先占據(jù)材料的表面。隨著時(shí)間的推移，吸附的纖維蛋白原被濃度材料的表面。隨著時(shí)間的推移，吸附的纖維蛋白原被濃度較低但親和性能更強(qiáng)的高分子量激肽原所取代，因而纖維較低但親和性能更強(qiáng)的高分子量激肽原所取代，因而纖維蛋白原含量降低，但蛋白質(zhì)層的

31、厚度則保持不變蛋白原含量降低，但蛋白質(zhì)層的厚度則保持不變。31醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章Vroman效應(yīng)效應(yīng)如果溶液中蛋白質(zhì)分子濃度高和如果溶液中蛋白質(zhì)分子濃度高和/或蛋白質(zhì)的尺寸小或蛋白質(zhì)的尺寸小(擴(kuò)散系數(shù)大擴(kuò)散系數(shù)大)，則蛋白質(zhì)將迅速到達(dá)表面，這些與表面親，則蛋白質(zhì)將迅速到達(dá)表面，這些與表面親和力較小的蛋白質(zhì)可能優(yōu)先吸附。隨著時(shí)間變化，那些與和力較小的蛋白質(zhì)可能優(yōu)先吸附。隨著時(shí)間變化，那些與表面有較大親和力的蛋白質(zhì)將緩慢到達(dá)表面，并與己經(jīng)吸表面有較大親和力的蛋白質(zhì)將緩慢到達(dá)表面，并與己經(jīng)吸附的蛋白質(zhì)發(fā)生交換。直到與表面有強(qiáng)的相互作用的蛋白附的蛋白質(zhì)發(fā)生交換。直到與表面有強(qiáng)的相

32、互作用的蛋白質(zhì)全部吸附在材料表面，蛋白質(zhì)交換的過程才結(jié)束。這個(gè)質(zhì)全部吸附在材料表面，蛋白質(zhì)交換的過程才結(jié)束。這個(gè)逐級(jí)碰撞、吸附、交換的過程稱為逐級(jí)碰撞、吸附、交換的過程稱為Vroman效應(yīng)效應(yīng)32醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章Vroman效應(yīng)僅是蛋白沉積和置換結(jié)果的一部分。蛋白效應(yīng)僅是蛋白沉積和置換結(jié)果的一部分。蛋白質(zhì)按照尺寸與濃度的先后次序吸附于材料表面，然后被濃質(zhì)按照尺寸與濃度的先后次序吸附于材料表面，然后被濃度較低但和基底材料有更高親和性的蛋白質(zhì)所取代。度較低但和基底材料有更高親和性的蛋白質(zhì)所取代。體外研究表明，在血漿和全血中觀察到體外研究表明，在血漿和全血中觀察到Vroman

33、效應(yīng)，效應(yīng)，說明血細(xì)胞的存在并不影響纖維蛋白原從血漿中的吸附。說明血細(xì)胞的存在并不影響纖維蛋白原從血漿中的吸附。進(jìn)而可以推斷進(jìn)而可以推斷Vroman效應(yīng)在體內(nèi)同樣能夠發(fā)生。效應(yīng)在體內(nèi)同樣能夠發(fā)生。因?yàn)閹缀跛械牟溉閯?dòng)物與材料的作用都是通過吸附因?yàn)閹缀跛械牟溉閯?dòng)物與材料的作用都是通過吸附的蛋白質(zhì)層的調(diào)節(jié)來完成的，因此蛋白質(zhì)沉積的動(dòng)力學(xué)也的蛋白質(zhì)層的調(diào)節(jié)來完成的，因此蛋白質(zhì)沉積的動(dòng)力學(xué)也是非常重要的。是非常重要的。33醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章4.1 生物相容性概念與定義生物相容性概念與定義 4.1.1 血液相容性血液相容性 4.1.2 組織相容性組織相容性4.2 蛋白質(zhì)吸附蛋白質(zhì)

34、吸附 4.2.1 蛋白質(zhì)吸附的重要性蛋白質(zhì)吸附的重要性 4.2.2 蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué) 4.2.3 蛋白質(zhì)吸附的研究方法蛋白質(zhì)吸附的研究方法 4.2.4 蛋白質(zhì)吸附的蛋白質(zhì)吸附的Vroman效應(yīng)效應(yīng) 4.2.5 蛋白質(zhì)吸附與生物相容性蛋白質(zhì)吸附與生物相容性4.3 宿主宿主-生物材料的相互作用生物材料的相互作用 4.3.1 材料反應(yīng)材料反應(yīng) 4.3.2 宿主反應(yīng)宿主反應(yīng) 4.3.3 結(jié)構(gòu)相容性問題結(jié)構(gòu)相容性問題4.4 免疫細(xì)胞與組織修復(fù)免疫細(xì)胞與組織修復(fù) 4.4.1 炎癥細(xì)胞在組織修復(fù)中的作用炎癥細(xì)胞在組織修復(fù)中的作用 4.4.2 生長(zhǎng)因子在組織修復(fù)中的作用生長(zhǎng)因子

35、在組織修復(fù)中的作用34醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章材料的生物相容性材料的生物相容性受許多因素的影響，如受許多因素的影響，如表面的親表面的親/疏水疏水性、電荷性質(zhì)、表面能、化學(xué)官能團(tuán)與生長(zhǎng)因子或黏附因子性、電荷性質(zhì)、表面能、化學(xué)官能團(tuán)與生長(zhǎng)因子或黏附因子等等。事實(shí)上，上述材料性能對(duì)生物相容性的影響在微觀的本事實(shí)上，上述材料性能對(duì)生物相容性的影響在微觀的本質(zhì)上都與質(zhì)上都與表面黏附蛋白的構(gòu)象表面黏附蛋白的構(gòu)象密切相關(guān)。密切相關(guān)。生物材料生物材料親親/疏水性疏水性磷磷 脂脂 間間 側(cè)側(cè) 面面 和和 垂垂 直直 面面 間間 相相 互互 作作 用用磷磷脂脂雙雙分分子子層層磷磷 脂脂 間間 側(cè)側(cè)

36、 面面 和和 垂垂 直直 面面 間間 相相 互互 作作 用用磷磷脂脂雙雙分分子子層層磷磷 脂脂 間間 側(cè)側(cè) 面面 和和 垂垂 直直 面面 間間 相相 互互 作作 用用磷磷脂脂雙雙分分子子層層磷磷 脂脂 間間 側(cè)側(cè) 面面 和和 垂垂 直直 面面 間間 相相 互互 作作 用用磷磷脂脂雙雙分分子子層層+-+ +- -+-電荷性質(zhì)電荷性質(zhì)化學(xué)官能團(tuán)化學(xué)官能團(tuán)生長(zhǎng)因子等生長(zhǎng)因子等4.2.5 蛋白質(zhì)吸附與生物相容性蛋白質(zhì)吸附與生物相容性35醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章親水性材料比疏水性材料具有更好的生物相容親水性材料比疏水性材料具有更好的生物相容性。性。36醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第

37、四章親水性材料親水性材料比疏水性材比疏水性材料具有更好料具有更好的生物相容的生物相容性性一、細(xì)胞與生物材料的粘附一、細(xì)胞與生物材料的粘附二、蛋白質(zhì)空間構(gòu)象二、蛋白質(zhì)空間構(gòu)象影響影響生物材料生物相容性生物材料生物相容性三、蛋白質(zhì)分子在生物材料三、蛋白質(zhì)分子在生物材料表面的吸附直接受水分子在表面的吸附直接受水分子在材料表面的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)所影材料表面的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)所影響。響。1、水在生物材料表、水在生物材料表面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2、從熱力學(xué)上解釋、從熱力學(xué)上解釋3、從動(dòng)力學(xué)上解釋、從動(dòng)力學(xué)上解釋4.2.5 蛋白質(zhì)吸附與生物相容性蛋白質(zhì)吸附與生物相容性37醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章一、細(xì)

38、胞與生物材料的粘附一、細(xì)胞與生物材料的粘附 細(xì)胞在材料表面粘附過程的示意圖細(xì)胞在材料表面粘附過程的示意圖38醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章細(xì)胞膜表面的受體細(xì)胞膜表面的受體（receptor）能夠特異）能夠特異性地識(shí)別細(xì)胞外基質(zhì)中性地識(shí)別細(xì)胞外基質(zhì)中的配體，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的配體，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞與外界的信號(hào)傳導(dǎo)。與外界的信號(hào)傳導(dǎo)。細(xì)胞在材料表面的黏細(xì)胞在材料表面的黏附也是通過上述附也是通過上述“生物生物識(shí)別識(shí)別”來實(shí)現(xiàn)的。細(xì)胞來實(shí)現(xiàn)的。細(xì)胞的表面存在一類叫做的表面存在一類叫做整整合素合素(Integrin)的跨膜受的跨膜受體。黏著因子除整合素體。黏著因子除整合素外，細(xì)胞膜表面還有其外，細(xì)胞膜

39、表面還有其他與細(xì)胞黏附有關(guān)的受他與細(xì)胞黏附有關(guān)的受體。體。39醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章在動(dòng)物體內(nèi)，細(xì)胞外基質(zhì)中的膠原蛋白、纖維粘連蛋白、玻在動(dòng)物體內(nèi)，細(xì)胞外基質(zhì)中的膠原蛋白、纖維粘連蛋白、玻璃粘連蛋白和層粘蛋白等都是整合素的配體，統(tǒng)稱為璃粘連蛋白和層粘蛋白等都是整合素的配體，統(tǒng)稱為黏附蛋白黏附蛋白?，F(xiàn)在已經(jīng)證明，細(xì)胞膜表面受體可以特異性識(shí)別這些黏附蛋白中現(xiàn)在已經(jīng)證明，細(xì)胞膜表面受體可以特異性識(shí)別這些黏附蛋白中的某些肽段，進(jìn)而影響到細(xì)胞的黏附、增殖、遷移、取向、分化的某些肽段，進(jìn)而影響到細(xì)胞的黏附、增殖、遷移、取向、分化與活性等功能。與活性等功能。40醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料

40、第四章第四章在材料在材料-組織的相互作用過程中，材料表面最初階段出現(xiàn)的組織的相互作用過程中，材料表面最初階段出現(xiàn)的是是中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，它們的受體和吸附的蛋白質(zhì)相互作，它們的受體和吸附的蛋白質(zhì)相互作用，釋放出細(xì)胞素、酶和化學(xué)信號(hào)，進(jìn)而引導(dǎo)其他細(xì)胞的生長(zhǎng)。用，釋放出細(xì)胞素、酶和化學(xué)信號(hào)，進(jìn)而引導(dǎo)其他細(xì)胞的生長(zhǎng)。41醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章材料材料-界面蛋白質(zhì)界面蛋白質(zhì)-細(xì)胞細(xì)胞-生物系統(tǒng)生物系統(tǒng)相互間的信息相互間的信息傳遞決定了傳遞決定了材料的生物相容性材料的生物相容性，初步的研究結(jié)果表，初步的研究結(jié)果表明，明，吸附于生物材料表面的蛋白質(zhì)能否維持其天然吸附

41、于生物材料表面的蛋白質(zhì)能否維持其天然的空間構(gòu)象是決定生物材料是否具有良好生物相容的空間構(gòu)象是決定生物材料是否具有良好生物相容性的重要因素。性的重要因素。二、蛋白質(zhì)空間構(gòu)象影響生物材料生物相容性二、蛋白質(zhì)空間構(gòu)象影響生物材料生物相容性42醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章當(dāng)吸附于材料表當(dāng)吸附于材料表面的面的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)能夠能夠維持維持其其天然構(gòu)象天然構(gòu)象或未產(chǎn)生或未產(chǎn)生可以引發(fā)不良級(jí)連反可以引發(fā)不良級(jí)連反應(yīng)的構(gòu)象時(shí)，應(yīng)的構(gòu)象時(shí)，細(xì)胞細(xì)胞在在該該材料表面材料表面表現(xiàn)出表現(xiàn)出良良好的相容性能好的相容性能；反之，當(dāng)吸附的反之，當(dāng)吸附的蛋白質(zhì)發(fā)生變性蛋白質(zhì)發(fā)生變性或產(chǎn)或產(chǎn)生可以引發(fā)不良級(jí)連生可以引

42、發(fā)不良級(jí)連反應(yīng)的構(gòu)象時(shí)，則反應(yīng)的構(gòu)象時(shí)，則細(xì)細(xì)胞胞在該在該材料表面材料表面表現(xiàn)表現(xiàn)出出差的相容性能差的相容性能。43醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章1、水在生物材料表面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、水在生物材料表面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在純水中，水分子相互之間可通過氫鍵自發(fā)形成氫鍵在純水中，水分子相互之間可通過氫鍵自發(fā)形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種行為稱為水分子的自組合。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種行為稱為水分子的自組合。疏水性的材料表面無法與水分子形成氫鍵，這使水分疏水性的材料表面無法與水分子形成氫鍵，這使水分子只能通過自組合而形成一種較為有序的、疏松的排列結(jié)子只能通過自組合而形成一種較為有序的、疏松的排列結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得構(gòu)，這種結(jié)

43、構(gòu)使得疏水性材料表面水的密度要疏水性材料表面水的密度要比水本體的比水本體的密度密度低一些低一些。而親水性的表面可以和水分子形成穩(wěn)定的氫鍵，從而而親水性的表面可以和水分子形成穩(wěn)定的氫鍵，從而與水分子自身的氫鍵相互競(jìng)爭(zhēng)，因而破壞了水分子的自組與水分子自身的氫鍵相互競(jìng)爭(zhēng)，因而破壞了水分子的自組合，造成了氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的坍塌，結(jié)果是水分子在親水性合，造成了氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的坍塌，結(jié)果是水分子在親水性材料表面采取一種無序的、致密的排列結(jié)構(gòu)，使得材料表面采取一種無序的、致密的排列結(jié)構(gòu)，使得親水性親水性材料表面材料表面的的水的密度水的密度比其本體的密度比其本體的密度高高。三、蛋白質(zhì)分子在生物材料表面的吸附直接受水

44、分子在材料三、蛋白質(zhì)分子在生物材料表面的吸附直接受水分子在材料表面的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)所影響。表面的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)所影響。44醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，兩種疏水性材料表面之間存在著長(zhǎng)程的相互已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，兩種疏水性材料表面之間存在著長(zhǎng)程的相互吸引力，又稱為疏水作用力；兩個(gè)親水性的表面之間卻存吸引力，又稱為疏水作用力；兩個(gè)親水性的表面之間卻存在著相互排斥的作用力。在著相互排斥的作用力。即兩個(gè)較為疏松有序的水分子聚集結(jié)構(gòu)之間存在著吸引即兩個(gè)較為疏松有序的水分子聚集結(jié)構(gòu)之間存在著吸引力；而兩個(gè)無序致密的水分子聚集結(jié)構(gòu)（水化層）之間存力；而兩個(gè)無序致密的水分子聚集結(jié)構(gòu)（水化層）之間存在著排斥力

45、。在著排斥力。45醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章蛋白質(zhì)分子鏈中既有疏水的氨基酸殘基，又有親水的氨基酸蛋白質(zhì)分子鏈中既有疏水的氨基酸殘基，又有親水的氨基酸殘基。殘基。血漿中多數(shù)蛋白質(zhì)如纖維粘連蛋白都屬于糖蛋白，其分子鏈血漿中多數(shù)蛋白質(zhì)如纖維粘連蛋白都屬于糖蛋白，其分子鏈中都含有親水的寡聚糖鏈。中都含有親水的寡聚糖鏈。在水溶液中，蛋白質(zhì)分子采取疏水部分向內(nèi)、親水部分向外在水溶液中，蛋白質(zhì)分子采取疏水部分向內(nèi)、親水部分向外的天然構(gòu)象，的天然構(gòu)象，因此，在蛋白質(zhì)分子的周圍也存在著較為致密的水化層。這因此，在蛋白質(zhì)分子的周圍也存在著較為致密的水化層。這種種水化層與親水性表面的排斥力將不利于蛋白

46、質(zhì)在親水性表面的水化層與親水性表面的排斥力將不利于蛋白質(zhì)在親水性表面的吸附。吸附。疏水性的表面比親水性的表面更容易吸附蛋白質(zhì)分子。疏水性的表面比親水性的表面更容易吸附蛋白質(zhì)分子。46醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章2、從熱力學(xué)上解釋從熱力學(xué)上解釋當(dāng)溶液中蛋白質(zhì)分子吸附于疏水性材料表面時(shí)，其分子當(dāng)溶液中蛋白質(zhì)分子吸附于疏水性材料表面時(shí)，其分子鏈的構(gòu)象進(jìn)行調(diào)整，使得分子鏈中的疏水部分與疏水性的鏈的構(gòu)象進(jìn)行調(diào)整，使得分子鏈中的疏水部分與疏水性的材料表面相互接觸，而分子鏈中的親水性部分則與水分子材料表面相互接觸，而分子鏈中的親水性部分則與水分子相互作用。相互作用。蛋白質(zhì)的這種吸附行為破壞了水分

47、子在疏水材蛋白質(zhì)的這種吸附行為破壞了水分子在疏水材料表面的疏松有序排列，增大了體系的熵值料表面的疏松有序排列，增大了體系的熵值，降低了水與降低了水與材料表面之間的自由能，在熱力學(xué)上是有利的。材料表面之間的自由能，在熱力學(xué)上是有利的。反之，隨材料表面親水性的提高，蛋白質(zhì)在材料表面的反之，隨材料表面親水性的提高，蛋白質(zhì)在材料表面的吸附將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)上不利的行為。吸附將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)上不利的行為。47醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章3、從動(dòng)力學(xué)上解釋、從動(dòng)力學(xué)上解釋疏水材料表面與蛋白質(zhì)分子中疏水部分之間的疏水吸疏水材料表面與蛋白質(zhì)分子中疏水部分之間的疏水吸引力有利于蛋白質(zhì)分子在材料表面

48、的吸附引力有利于蛋白質(zhì)分子在材料表面的吸附，而，而親水材料親水材料表面的水化層和蛋白質(zhì)分子周圍的水化層之間的排斥作表面的水化層和蛋白質(zhì)分子周圍的水化層之間的排斥作用不利于蛋白質(zhì)的吸附。用不利于蛋白質(zhì)的吸附。48醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章因此：因此：親水性材料比疏水性材料具有更好的生物相容親水性材料比疏水性材料具有更好的生物相容性。性。疏水表面蛋白質(zhì)黏附的較為牢固，不易脫落，且易導(dǎo)致蛋疏水表面蛋白質(zhì)黏附的較為牢固，不易脫落，且易導(dǎo)致蛋白質(zhì)的構(gòu)象變化；而親水表面對(duì)蛋白質(zhì)的黏附強(qiáng)度較低，白質(zhì)的構(gòu)象變化；而親水表面對(duì)蛋白質(zhì)的黏附強(qiáng)度較低，有利于蛋白質(zhì)的構(gòu)象調(diào)整。這樣，當(dāng)細(xì)胞作用于蛋白質(zhì)層

49、有利于蛋白質(zhì)的構(gòu)象調(diào)整。這樣，當(dāng)細(xì)胞作用于蛋白質(zhì)層時(shí)，細(xì)胞與蛋白質(zhì)分子的相互作用可以使黏附蛋白采取更時(shí)，細(xì)胞與蛋白質(zhì)分子的相互作用可以使黏附蛋白采取更為有利的空間結(jié)構(gòu)。為有利的空間結(jié)構(gòu)。49醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章親水性材料親水性材料比疏水性材比疏水性材料具有更好料具有更好的生物相容的生物相容性性一、細(xì)胞與生物材料的粘附一、細(xì)胞與生物材料的粘附二、蛋白質(zhì)空間構(gòu)象生物材二、蛋白質(zhì)空間構(gòu)象生物材料生物相容性影響料生物相容性影響三、蛋白質(zhì)分子在生物材料三、蛋白質(zhì)分子在生物材料表面的吸附直接受水分子在表面的吸附直接受水分子在材料表面的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)所影材料表面的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)所影響。響。1、水

50、在生物材料表、水在生物材料表面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2、從熱力學(xué)上解釋、從熱力學(xué)上解釋3、從動(dòng)力學(xué)上解釋、從動(dòng)力學(xué)上解釋4.2.5 蛋白質(zhì)吸附與生物相容性蛋白質(zhì)吸附與生物相容性50醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)分子吸附于疏水性材料表面時(shí)，為了使分子鏈當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)分子吸附于疏水性材料表面時(shí)，為了使分子鏈中的疏水殘基與疏水性的材料表面相互接觸，其構(gòu)象需進(jìn)中的疏水殘基與疏水性的材料表面相互接觸，其構(gòu)象需進(jìn)行調(diào)整，這有可能使蛋白質(zhì)分子失去生理活性。行調(diào)整，這有可能使蛋白質(zhì)分子失去生理活性。在高度疏水性的生物材料表面，蛋白質(zhì)分子高度變性，在高度疏水性的生物材料表面，蛋白質(zhì)分子高度變性，吸附

51、過程變?yōu)椴豢赡孢^程，蛋白質(zhì)分子不能解吸附。吸附過程變?yōu)椴豢赡孢^程，蛋白質(zhì)分子不能解吸附。高度疏水性的表面可用于制備具有良好抗凝血性能的血高度疏水性的表面可用于制備具有良好抗凝血性能的血液相容性材料。液相容性材料。這是因?yàn)檫@是因?yàn)?）吸附在材料表面的血漿蛋白由于變性而無）吸附在材料表面的血漿蛋白由于變性而無法引發(fā)凝血過程。法引發(fā)凝血過程。2）高度的疏水性促成了大量的白蛋白在）高度的疏水性促成了大量的白蛋白在材料表面的不可逆吸附，而白蛋白不具有促進(jìn)血小板粘附材料表面的不可逆吸附，而白蛋白不具有促進(jìn)血小板粘附和引發(fā)凝血過程的功能。和引發(fā)凝血過程的功能。51醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章高度

52、親水性的表面（如固定了聚乙二醇的表面）也被高度親水性的表面（如固定了聚乙二醇的表面）也被成功地用來制備優(yōu)良的抗凝血材料成功地用來制備優(yōu)良的抗凝血材料這是這是因?yàn)橐驗(yàn)楦叨扔H水性的表面可阻止血漿蛋白的吸附和高度親水性的表面可阻止血漿蛋白的吸附和血小板的黏附，使凝血過程無法發(fā)生。血小板的黏附，使凝血過程無法發(fā)生。兩種在親兩種在親/疏水性方面走向極端的材料都具有良好的抗疏水性方面走向極端的材料都具有良好的抗凝血性能，然而它們并不能有效促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)，即不具凝血性能，然而它們并不能有效促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)，即不具有良好的細(xì)胞相容性。有良好的細(xì)胞相容性。52醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章從蛋白質(zhì)吸附解

53、釋親水性材料比疏水性材料具有更好的從蛋白質(zhì)吸附解釋親水性材料比疏水性材料具有更好的生物相容性生物相容性親水性材料親水性材料比疏水性材比疏水性材料具有更好料具有更好的生物相容的生物相容性性一、細(xì)胞與生物材料的粘附一、細(xì)胞與生物材料的粘附二、蛋白質(zhì)空間構(gòu)象生物材二、蛋白質(zhì)空間構(gòu)象生物材料生物相容性影響料生物相容性影響三、蛋白質(zhì)分子在生物材料三、蛋白質(zhì)分子在生物材料表面的吸附直接受水分子在表面的吸附直接受水分子在材料表面的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)所影材料表面的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)所影響。響。1、水在生物材料表、水在生物材料表面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2、從熱力學(xué)上解釋、從熱力學(xué)上解釋3、從動(dòng)力學(xué)上解釋、從動(dòng)力學(xué)上解釋53醫(yī)用

54、高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章4.1 生物相容性概念與定義生物相容性概念與定義 4.1.1 血液相容性血液相容性 4.1.2 組織相容性組織相容性4.2 蛋白質(zhì)吸附蛋白質(zhì)吸附 4.2.1 蛋白質(zhì)吸附的重要性蛋白質(zhì)吸附的重要性 4.2.2 蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué) 4.2.3 蛋白質(zhì)吸附的研究方法蛋白質(zhì)吸附的研究方法 4.2.4 蛋白質(zhì)吸附的蛋白質(zhì)吸附的Vroman效應(yīng)效應(yīng) 4.2.5 蛋白質(zhì)吸附與生物相容性蛋白質(zhì)吸附與生物相容性4.3 宿主宿主-生物材料的相互作用生物材料的相互作用 4.3.1 材料反應(yīng)材料反應(yīng) 4.3.2 宿主反應(yīng)宿主反應(yīng) 4.3.3 結(jié)構(gòu)相容性

55、問題結(jié)構(gòu)相容性問題4.4 免疫細(xì)胞與組織修復(fù)免疫細(xì)胞與組織修復(fù) 4.4.1 炎癥細(xì)胞在組織修復(fù)中的作用炎癥細(xì)胞在組織修復(fù)中的作用 4.4.2 生長(zhǎng)因子在組織修復(fù)中的作用生長(zhǎng)因子在組織修復(fù)中的作用54醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章材料在生物體內(nèi)的反應(yīng)材料在生物體內(nèi)的反應(yīng) 醫(yī)療器械的復(fù)雜性主要取決于醫(yī)療器械的復(fù)雜性主要取決于植入體對(duì)于宿主的影響植入體對(duì)于宿主的影響以以及及宿主對(duì)于植入體的影響宿主對(duì)于植入體的影響這兩方面的因素。大部分的變化對(duì)這兩方面的因素。大部分的變化對(duì)生物體都有生物體都有不利不利的影響。的影響。幾種植入材料表面在生物材料環(huán)境下常見的變化幾種植入材料表面在生物材料環(huán)境下常

56、見的變化55醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章4.1 生物相容性概念與定義生物相容性概念與定義 4.1.1 血液相容性血液相容性 4.1.2 組織相容性組織相容性4.2 蛋白質(zhì)吸附蛋白質(zhì)吸附 4.2.1 蛋白質(zhì)吸附的重要性蛋白質(zhì)吸附的重要性 4.2.2 蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)蛋白質(zhì)吸附熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué) 4.2.3 蛋白質(zhì)吸附的研究方法蛋白質(zhì)吸附的研究方法 4.2.4 蛋白質(zhì)吸附的蛋白質(zhì)吸附的Vroman效應(yīng)效應(yīng) 4.2.5 蛋白質(zhì)吸附與生物相容性蛋白質(zhì)吸附與生物相容性4.3 宿主宿主-生物材料的相互作用生物材料的相互作用 4.3.1 材料反應(yīng)材料反應(yīng) 4.3.2 宿主反應(yīng)宿主反應(yīng) 4.3

57、.3 結(jié)構(gòu)相容性問題結(jié)構(gòu)相容性問題4.4 免疫細(xì)胞與組織修復(fù)免疫細(xì)胞與組織修復(fù) 4.4.1 炎癥細(xì)胞在組織修復(fù)中的作用炎癥細(xì)胞在組織修復(fù)中的作用 4.4.2 生長(zhǎng)因子在組織修復(fù)中的作用生長(zhǎng)因子在組織修復(fù)中的作用56醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章4.3 宿主宿主生物材料的相互作用生物材料的相互作用聚合物材料與生物組織相接觸時(shí)，同時(shí)發(fā)生多種相互作聚合物材料與生物組織相接觸時(shí)，同時(shí)發(fā)生多種相互作用。這些作用可分為兩個(gè)方面，即用。這些作用可分為兩個(gè)方面，即材料反應(yīng)和宿主反應(yīng)材料反應(yīng)和宿主反應(yīng)57醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章機(jī)械作用機(jī)械作用磨損，沖擊，磨損，沖擊，反復(fù)擴(kuò)張與壓縮等反

58、復(fù)擴(kuò)張與壓縮等物理化學(xué)作用物理化學(xué)作用溶解，吸附，滲透等溶解，吸附，滲透等化學(xué)作用化學(xué)作用分解，改性等分解，改性等急性全身反應(yīng)急性全身反應(yīng)變態(tài)反應(yīng)，急性毒性反應(yīng)等變態(tài)反應(yīng)，急性毒性反應(yīng)等慢性全身反應(yīng)慢性全身反應(yīng)慢性毒性反應(yīng)，慢性毒性反應(yīng)，變性等變性等急性局部反應(yīng)急性局部反應(yīng)凝血，急性炎癥等凝血，急性炎癥等慢性局部反應(yīng)慢性局部反應(yīng)腫瘤，鈣化等腫瘤，鈣化等生物體生物體聚合物聚合物材料材料物理性能變化物理性能變化形狀，尺寸，強(qiáng)度，形狀，尺寸，強(qiáng)度，彈性，蠕變，硬度，彈性，蠕變，硬度，透明，軟化點(diǎn)，耐磨性，透明，軟化點(diǎn)，耐磨性，導(dǎo)熱與導(dǎo)電性等導(dǎo)熱與導(dǎo)電性等化學(xué)性能變化化學(xué)性能變化親親/疏水性，酸疏水性

59、，酸/堿性，堿性，吸附，滲透，溶解，吸附，滲透，溶解，耐輻射耐輻射與耐化學(xué)腐蝕性能等與耐化學(xué)腐蝕性能等58醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章4.3.1 材料反應(yīng)材料反應(yīng)(biomaterials response) 材料反應(yīng)材料反應(yīng)是材料對(duì)生物機(jī)體作用產(chǎn)生的反應(yīng)，材料反應(yīng)是材料對(duì)生物機(jī)體作用產(chǎn)生的反應(yīng)，材料反應(yīng)的結(jié)果可導(dǎo)致的結(jié)果可導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)破壞和性質(zhì)改變材料結(jié)構(gòu)破壞和性質(zhì)改變。高分子醫(yī)用材料高分子醫(yī)用材料在使用過程中，常需與生物機(jī)體、體液、在使用過程中，常需與生物機(jī)體、體液、血液等接觸。生物系統(tǒng)中包含有各種無機(jī)離子、小分子無血液等接觸。生物系統(tǒng)中包含有各種無機(jī)離子、小分子無機(jī)物和大分子

60、有機(jī)物。在這些物質(zhì)的作用下，高分子材料機(jī)物和大分子有機(jī)物。在這些物質(zhì)的作用下，高分子材料的物理化學(xué)性質(zhì)都會(huì)發(fā)生一定程度的變化。的物理化學(xué)性質(zhì)都會(huì)發(fā)生一定程度的變化。高分子材料的材料反應(yīng)：高分子材料的材料反應(yīng)：通過機(jī)械的、物理化學(xué)的和化學(xué)的相互作用，聚合物材通過機(jī)械的、物理化學(xué)的和化學(xué)的相互作用，聚合物材料在生物環(huán)境中可以被料在生物環(huán)境中可以被腐蝕、吸收、降解、磨損和失效腐蝕、吸收、降解、磨損和失效，主要表現(xiàn)以下形式：主要表現(xiàn)以下形式：59醫(yī)用高醫(yī)用高分子材料分子材料第四章第四章 體液、自由基或生物酶引起體液、自由基或生物酶引起聚合物的降解、交聯(lián)和相聚合物的降解、交聯(lián)和相變化變化，使材料的理化性