TiO2表面納結(jié)構(gòu)對(duì)膠原蛋白吸附影響的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、鈦系金屬材料是常用的生物材料,由于彈性模量與骨骼相近而且表面存在致密的氧化層(TiO2),使其具有良好的機(jī)械和生物學(xué)性能,在組織整形外科、心血管材料等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。在影響材料生物活性的諸多因素中,表面拓?fù)湫蚊彩仟?dú)立影響材料表面細(xì)胞黏附和形成“接觸引導(dǎo)”現(xiàn)象的關(guān)鍵因素。通常蛋白質(zhì)在細(xì)胞黏附和“接觸引導(dǎo)”現(xiàn)象中起到媒介作用,因此研究蛋白質(zhì)在不同拓?fù)湫蚊脖砻娴奈教匦杂兄诶斫饧?xì)胞黏附機(jī)理和解釋“接觸引導(dǎo)”現(xiàn)象,從而能為人們合理設(shè)計(jì)表面形

2、貌提供理論依據(jù)。
　　膠原作為細(xì)胞黏附蛋白和支架蛋白,因具有誘導(dǎo)細(xì)胞黏附和指導(dǎo)生物礦化的作用而得到廣泛研究。因此,本文以膠原蛋白和金紅石型TiO2為研究對(duì)象,運(yùn)用經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)方法研究膠原片段在不同金紅石型表面的吸附特性,從分子水平為解釋蛋白質(zhì)在圖案化表面吸附過程提供理論依據(jù)。本文建立了沿不同晶向分布的TiO2臺(tái)階模型,從吸附構(gòu)象以及膠原結(jié)構(gòu)變化角度,對(duì)水分子和膠原在其表面的吸附過程進(jìn)行了分析。此外,還建立TiO2納結(jié)構(gòu)表面,并分

3、析了膠原與TiO2初始距離較近時(shí)對(duì)吸附的影響,同時(shí)還針對(duì)凹槽寬度對(duì)膠原吸附性能的影響進(jìn)行了討論。昀后本文還以NaCl溶液為例,分析了離子在膠原吸附過程中的作用。
　　模擬結(jié)果表明,TiO2表面納結(jié)構(gòu)影響膠原在其表面的吸附,主要體現(xiàn)為TiO2近表面吸附的第一水層能促進(jìn)膠原的吸附,但是TiO2表面運(yùn)動(dòng)較為劇烈的水層(第二及以上水層)則會(huì)阻礙其吸附。膠原內(nèi)氨基酸之間形成的氫鍵會(huì)影響膠原片段在 TiO2表面吸附,當(dāng)這種氫鍵在膠原穩(wěn)定吸附于

4、 TiO2表面之后形成,則促進(jìn)膠原在TiO2表面穩(wěn)定吸附,反之則阻礙與TiO2直接作用。當(dāng)膠原與TiO2間初始相距較近時(shí),有較多的側(cè)鏈氨基酸能與TiO2直接成鍵,這時(shí)膠原的吸附構(gòu)象更為穩(wěn)定。TiO2表面凹槽寬度影響膠原吸附,當(dāng)凹槽與膠原位置平行,且凹槽寬度與膠原直徑相近時(shí),有利于膠原的吸附,但是當(dāng)二者位置相互不平行時(shí),則凹槽寬度越寬,反而適宜膠原吸附。此外,溶液中陽離子(Na+)能促進(jìn)膠原在TiO2表面的吸附,主要表現(xiàn)為于吸附TiO2表