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类肝素聚合物具有与肝素相似的生物功能,如抗凝血、结合调节细胞功能的生长因子、调节炎症等,是一种很有潜力的合成材料。具有明确化学结构的类肝素聚合物的生物相容性激发了许多研究人员的研究热情,去设计各种类肝素表面以探索其生物应用。肝素功能性结构单元(磺酸单元和糖单元)重组的概念被证明是设计类肝素表面的行之有效的方法。然而,除了表面化学组成外,表面拓扑结构也是影响表面生物活性的重要因素。在本工作中我将类肝素功能结构单元和拓扑结构相结合,以研究血管细胞在材料表面上的行为。首先,同步结合多组分热固化工艺和复制模塑法制备具有有序图案结构以及微纳米复合结构的含溴引发剂的聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面(PDMS-Br)。然后,将基于不同功能结构单元的类肝素聚合物,即含磺酸基团的4-苯乙烯磺酸钠(SS)的均聚物、含糖基团的2-甲基丙烯酰胺基葡萄糖(MAG)的均聚物,以及MAG和SS的共聚物(pSG),利用可见光诱导接枝聚合的方法引入到PDMS-Br表面。研究改性表面化学组成(类肝素聚合物功能结构单元)和拓扑结构的协同效应对血管细胞行为的影响。具体研究内容如下:(1)类肝素聚合物在PDMS表面的拓扑结构化及其表征。分别采用具有有序图案结构的硅模板和天然荷叶为模板,同步结合多组分热固化工艺和复制模塑法制备具有有序图案结构以及微纳米复合结构的PDMS-Br表面。以MAG和SS为功能单体,采用可见光诱导接枝聚合在PDMS-Br表面制备一系列具有不同拓扑结构和功能结构单元的类肝素化聚合物接枝改性PDMS表面。扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)结果表明,我成功制备出了平整、有序图案和具有微纳米复合结构的PDMS表面;静态水接触角测试、红外光谱、X-射线光电子能谱(XPS)测试结果表明,材料表面成功修饰上了类肝素聚合物。(2)类肝素聚合物的化学组成和拓扑结构对材料表面血管细胞行为的影响。对于平整表面来说,与PDMS-Br表面相比,pSS接枝表面(PDMS-pSS)和pSG接枝表面(PDMS-pSG)能够显著促进人脐静脉内皮细胞(HUVECs)和人脐静脉平滑肌细胞(HUVSMCs)的黏附和增殖,表明PDMS-pSS和PDMS-pSG是“血管细胞友好型”表面。而pMAG接枝表面(PDMS-pMAG)显著减少了 HUVECs和HUVSMCs的黏附和增殖,表明PDMS-pMAG具有“血管细胞抑制性”。引入不同拓扑结构后,各改性表面的细胞响应行为有所不同。有序图案结构化表面增强了相应平整表面的细胞响应程度。也就是说,表面有序图案结构可以使“血管细胞友好型”表面(PDMS-pSS和PDMS-pSG)仍然对血管细胞黏附和增殖具有良好的促进作用,“血管细胞抑制型”表面(PDMS-pMAG)对血管细胞黏附和增殖的抑制性进一步增强。而引入仿荷叶微纳复合结构后的所有类肝素聚合物改性表面,其HUVECs密度均呈现不同程度的降低,表明仿荷叶微纳复合拓扑结构的引入不利于内皮细胞的黏附和增殖。此时,内皮细胞的黏附增殖的过程主要受到仿荷叶微纳复合拓扑结构的影响,类肝素化学组成的影响作用较弱。本论文研究了类肝素聚合物化学组成和拓扑结构的双重作用对PDMS的血管细胞行为的影响规律,类肝素聚合物化学组成和拓扑结构的有机结合为制备具有优异血液相容性的生物医用高分子材料提供了新的思路。