[發(fā)明專利]一種研究血液相容性材料的蛋白質(zhì)選擇性吸附模型及其驗(yàn)證方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210030977.9
• 申請日: 2012-02-13
• 公開（公告）號: CN102590452A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳弟虎;何振輝;黃展云;羅平
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 廣州新諾專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44100
• 代理人: 張玲春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及血液相容性生物材料領(lǐng)域中的有關(guān)血漿蛋白中的纖維蛋白原和白蛋白在材料表面選擇性吸附的研究模型及其驗(yàn)證方法，即選擇性吸附模型及其驗(yàn)證方法。

背景技術(shù)

生物材料和生物器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代醫(yī)療矯形領(lǐng)域，包括組織工程、人造器官、藥物傳遞系統(tǒng)等，在挽救病人生命和提高生活質(zhì)量方面有著重要意義，這也引發(fā)出更大的商業(yè)市場。生物相容性是生物材料植入人體時最基本和最關(guān)鍵的因素，也是最難實(shí)現(xiàn)的，其包括組織相容性和血液相容性。血液相容性反映了生物材料與血液之間相互適應(yīng)的程度。它是指生物材料與血液接觸時，不引起凝血和/或溶血現(xiàn)象。其中，血液凝固是植入與血液接觸的組織和器官時存在的主要問題。目前的血液相容性材料主要集中在醫(yī)用高分子材料、二氧化鈦薄膜材料和碳素材料。這三大類材料各有優(yōu)點(diǎn)，但其血液相容性仍存在不足。

研究表明，當(dāng)生物材料與血液接觸的時候，會引起血液一系列變化，最快的變化是血漿蛋白在材料表面的吸附及其構(gòu)象的變化。生物材料與血液接觸后，在材料表面上迅速形成蛋白吸附層，蛋白吸附層的組成、構(gòu)象以及變性對材料的血液相容性具有重大的影響。在血漿蛋白中，與凝血有關(guān)的蛋白主要有兩種：即纖維蛋白原和白蛋白，其中白蛋白的吸附有助于抑制生物材料表面凝血，而纖維蛋白原的吸附和構(gòu)象變化將激活凝血因子和血小板，使血小板變形和聚集，導(dǎo)致凝血發(fā)生，產(chǎn)生級聯(lián)的凝血反應(yīng)，最后形成血栓。因此，材料表面蛋白吸附問題主要包括蛋白吸附總量、吸附厚度、競爭吸附、吸附過程是否可逆和蛋白構(gòu)象變化等，這些問題都與生物材料的表面、界面有很大關(guān)系。

生物材料的表面形貌、表面化學(xué)性質(zhì)、表面電學(xué)性質(zhì)和表面能是與蛋白質(zhì)吸附有關(guān)的四個表面界面特征。其中表面形貌包括表面晶體結(jié)構(gòu)、粗糙度和表面非均勻性。例如生物材料表面粗糙度的影響，過高的粗糙度或者十分光潔的表面都容易引起凝血，研究表明宏觀光滑，微觀多相分離結(jié)構(gòu)的生物材料，抗凝血性能較好。表面化學(xué)性質(zhì)包括表面化學(xué)成份，親疏水性和化學(xué)組成，例如類金剛石薄膜中，sp²和sp³的比例不同，血漿蛋白在其表面的吸附性質(zhì)也不一樣，提高sp³成份，有利于提高白蛋白/纖維蛋白原的比率，或者說該材料優(yōu)先吸附白蛋白，可能具有較好的抗凝血性能。由于在血漿中，血小板和血漿蛋白都帶有負(fù)電性，所以一般生物材料表面帶有一定負(fù)電荷，有利于抑制這些組分在材料表面的吸附。對于材料的表面能問題，研究人員也提出了很多學(xué)說，如表面自由能、界面自由能、臨界表面張力、黏附功、極性色散比等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種研究血液相容性材料的蛋白質(zhì)選擇性吸附模型及其驗(yàn)證方法，利用生物物理模型、表面性質(zhì)測試和生物表征的檢驗(yàn)方法，目的在于篩選血液相容性優(yōu)異的生物材料，開發(fā)設(shè)計出新型的凝血或抗凝血生物材料，以及為血液接觸醫(yī)療器件的表面改性方法提供理論依據(jù)。

為了實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明提出了一種研究血液相容性材料的蛋白質(zhì)選擇性吸附模型；為了驗(yàn)證本發(fā)明中的選擇性吸附模型，本發(fā)明一方面提供了模擬驗(yàn)證，另一方面提供了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

模擬驗(yàn)證方法中，包括建立生物材料模型和纖維蛋白原模型，所述的方法包括：

(1)建立氧化鋅晶體原胞，切割一個(002)表面，并且對表面進(jìn)行優(yōu)化；

(2)將上述氧化鋅表面積擴(kuò)大為優(yōu)選建立真空層厚度為

(3)用同樣的方法建立摻雜的氧化鋅晶體模型，摻雜輕稀土元素的質(zhì)量百分比濃度為0.1％～20％，優(yōu)選為1％～10％。

(4)建立A肽非晶胞模型，進(jìn)行能量、幾何優(yōu)化和分子動力學(xué)優(yōu)化，使得A肽處于能量最低點(diǎn)，結(jié)構(gòu)更加合理。

(5)進(jìn)行分層建模，將A肽添加到氧化鋅或者摻雜氧化鋅晶體表面，進(jìn)行動力學(xué)優(yōu)化，得到體系的總能量，然后分別計算出A肽和氧化鋅/摻雜氧化鋅晶體的能量，就可以計算出A肽與氧化鋅/摻雜氧化鋅晶體之間的相互作用能。相互作用能越大，A肽越容易從纖維蛋白原中脫離，表明材料表面的血液相容性越差。

另一方面，為了實(shí)驗(yàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明還提供了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過摻雜，改變生物材料表面的表面性質(zhì)，對兩種血漿蛋白的吸附有選擇性，所述方法包括：

(1)采用射頻磁控濺射的方法，利用純的氧化鋅陶瓷靶和摻雜輕稀土元素的氧化鋅陶瓷靶，沉積氧化鋅薄膜和輕稀土摻雜的氧化鋅薄膜；

(2)通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察氧化鋅薄膜表面粗糙度和顆粒度；