自然界中存在许多固有手性的无机矿物材料,它们的手性源自表面原子的不对称排列,例如石英和方解石单晶。在生命起源前,生物分子与无机矿物材料表面之间的相互作用,很可能是一种普遍存在的物理化学过程。因此,关于无机手性表面与生物系统间相互作用的研究,将有助于深入理解生命体的手性起源与矿物材料的关系。无机手性材料的表面手性即使在高温以及强酸、强碱等相对极端的条件下,也能够得以维持。相对于通过物理吸附或者化学键合手性有机分子等表面改性手段构建的手性表面,无机手性表面具备更高的机械和热稳定性。此外,无机手性表面的相关应用受到越来越多的关注,例如,无机手性表面可作为不对称合成的界面、区分对映异构体的电极表面以及用于手性分子分解的自催化表面。然而,据我们所知,有关无机手性表面与生物分子或细胞之间相互作用的研究还很少。近年来,相关研究者已经发现手性有机分子修饰的表面能够对蛋白质的生物活性和表面上的细胞行为产生调节作用。然而,目前的大多数工作主要侧重于研究表面手性对于细胞行为的影响,而很少关注相关蛋白质在该过程中所起到的作用。考虑到细胞粘附于基底表面之前通常会伴随着蛋白质的吸附,本研究组前期已经系统地研究了酒石酸对映异构体修饰的云母表面对胰岛素组装行为的影响,以及后续该吸附有胰岛素的手性表面对PC12细胞增殖和分化的影响。结果表明手性有机分子修饰的表面和生物分子或细胞之间存在着显著的相互作用。受此启发,本论文进一步将无机手性表面引入到蛋白质组装和细胞行为的研究中。无机手性表面的引入有助于从空间构象的角度解释手性表面的影响,并且为组织工程学的发展和新型生物相容性材料的开发提供新的思路。此外,有关无机手性表面与蛋白质或细胞间的相互作用的研究,可能为生物体手性偏向性的起源问题提供有价值的信息。本论文构建了基于手性TiO₂纳米纤维的无机手性表面,首次系统研究了无机手性表面对蛋白质组装和细胞行为的影响。令人欣喜的是,无机表面手性对模型蛋白质胰岛素的组装产生了显著的影响。胰岛素在D-TiO₂纳米纤维修饰的表面（D-表面）上能够维持着其天然的α-螺旋为主的二级结构;然而,胰岛素在L-TiO₂纳米纤维修饰的表面（L-表面）上会形成富含β-折叠结构的淀粉样蛋白纤维。由于胰岛素与D-表面和L-表面间的相互作用强度存在差异,这可能导致了胰岛素在这两种表面上组装行为的不同。另一方面,无机手性表面还会通过影响胰岛素的吸附构象,进一步调节PC12细胞在表面的行为。具体来讲,胰岛素在D-表面能够维持其原本的构象,因此其生物活性得以保持,对PC12细胞的增殖和分化也都起着促进作用;而在L-表面上,胰岛素发生严重的纤维化,二级结构发生重大改变,失去了生物活性,因此对PC12细胞的增殖和分化几乎没有促进作用。本论文的研究结果将为开发生物相容性材料提供新的路径,为了解无机手性表面如何调节蛋白质组装和细胞行为提供实验支撑,此外,本研究还有助于我们理解自然界中生命体的手性起源。