当生物材料植入人体内后,以生物材料为中心的感染和材料周围组织的界面整合是决定人造医用材料临床应用的两大关键问题。在上述过程发生之前,首先发生的是血浆中蛋白质分子在材料表面的贴附行为,贴附的蛋白质会发生构象变化,进而调控介导细胞、细菌与材料间的相互作用。因此探究材料表面蛋白质分子的贴附行为,分析其对组织细胞整合、细菌感染等问题的影响具有十分重要的意义。本论文主要基于生物材料与人体细胞、细菌的表界面问题,从分子水平研究蛋白贴附构象在此过程中的变化特征及其所发挥的介导调控作用,探讨材料表面物化性质对蛋白贴附构象变化及后续组织细胞整合、细菌感染等问题的影响。本课题首先研究了材料表面官能团对玻连蛋白贴附构象及对细胞贴附行为的影响。为了可视化观察材料表面的贴附蛋白,本课题利用单颗粒电镜重构技术进行研究,结果发现玻连蛋白在不同官能团修饰的材料表面的贴附构象具有显著性差异。羧基修饰表面贴附的玻连蛋白为球状多聚体,并暴露大量细胞结合位点,利于促进成骨细胞贴附、分化。而在氨基修饰材料表面,玻连蛋白则倾向于形成二聚体,隐藏部分细胞结合位点,对成骨细胞贴附的促进作用不明显。同时,羧基修饰材料表面玻连蛋白也更促进整合素相关基因的表达,由此证实了蛋白构象特征对细胞行为有显著影响。同时探究了蛋白贴附构象对细菌感染相关的作用,并选用免疫球蛋白作为主要研究对象。结果表明免疫球蛋白贴附过程主要是由静电力与范德华力共同作用来实现。材料表面电荷主要决定蛋白贴附取向,亲疏水性则会影响贴附蛋白的二级结构,主要为解折叠与重排等。并且蛋白的不同构象对细胞、细菌贴附等行为的调控也不同,正电荷表面贴附的免疫球蛋白主要为垂直倒立取向,对表皮葡萄球菌生物膜的形成具有明显的促进作用,而负电荷表面贴附的该蛋白则主要为正立取向,会极大地增强巨噬细胞的贴附和吞噬能力。随后,本课题分析了典型生物材料表面蛋白质贴附对后续细菌感染以及免疫系统抗菌作用的影响。对比研究新兴生物医用材料类金刚石薄膜与传统钛材料表面两种典型的关键血浆蛋白的贴附构象,及其对表皮葡萄球菌感染和初期免疫响应的影响。结果表明,尽管类金刚石薄膜与钛材料表面物理化学性质相似,但蛋白贴附构象差异极大。蛋白贴附后会显著改变材料表面物理化学性质以及对后续细胞、细菌贴附的介导作用。表皮葡萄球菌主要通过非特异性作用吸附在材料表面,且该过程由表面电势主导;巨噬细胞的贴附、吞噬作用则受到蛋白质种类影响,且通过蛋白构象等进行微观特异性调控。此外,本课题还研究了Ag~+作为广谱抗菌剂在杀菌过程中,关键血浆蛋白所发挥的调节传递作用。结果发现银离子与免疫球蛋白G之间的相互作用,会改变材料表面的细菌贴附数量,抑制生物膜形成。IgG蛋白主要通过抑制银纳米粒子的团聚效应,增强抑菌作用;同时银纳米粒子也会与IgG蛋白的Fab结构域结合,使蛋白质结构发生解折叠,并改变其二级结构,阻止IgG对细菌的特异性吸附作用。通过本章的实验探讨,进一步证明了在抑菌、杀菌过程不仅仅只是银离子在起作用,血浆中关键蛋白也起到了不可忽视的调控作用。本论文的研究工作初步揭示了典型生物材料表面关键蛋白贴附的构象变化规律,并阐述了构象特征对后续细胞、细菌行为的调控作用机制,研究结果为材料-细胞/细菌相互作用关系提供更多的实验依据,并为生物材料表界面的设计开发提供了相关的基础数据。