电在生命活动中发挥着重要作用,细胞与细胞之间,细胞与材料之间的相互作用都伴随着电信号的传递。电刺激可以调控细胞的定殖和功能,加速伤口愈合和组织再生。电活性生物材料作为新一代“智能”生物材料可以有效地产生电信号,积极的作用于生命活动。植入体在进入体内时,来自周围体液的蛋白质会自发吸附到材料表面,进而影响随后的细胞行为。因此,植入物表面上蛋白质吸附的空间特异性及吸附量调节对于介导随后的细胞行为是关键的。与传统生物材料的表面调控策略不同,在本研究中,构建可控的表面电荷空间分布的模型,通过其电学特性实现蛋白选择性空间吸附的调控以及后续细胞行为的介导。目前组织损伤的治疗方法大多是被动的,很少参与内源性细胞行为的调控,虽然已有研究表明电信号在伤口愈合和组织再生中非常重要,但由于目前施加电刺激的设备多为有线装置,且操作复杂,在实际应用中仍有许多困难。基于前期工作所构建的表面电荷空间分布模型及其调控功能,进而设计了一种具有空间分布电活性氯氧化铋纳米片复合水凝胶的材料以通过所提供的光电微环境促进创面愈合。该策略为临床治疗提供了可控,无线,有效的全新策略,具有广阔的应用前景。本课题的主要研究内容如下:(1)基于铌酸钾钠压电陶瓷(KNN)的电学特性,通过聚焦激光束诱导相变实现陶瓷表面物相的空间分布。极化之后,具有不同压电水平的物相区域表现出表面电荷密度的显着差异。通过物相分析和扫描开尔文探针力显微镜结果证明成功构建了表面电荷空间分布的材料,并作为理论模型。通过研究蛋白吸附规律以及细胞行为,表明该模型的表面电荷可以调控蛋白的选择性空间吸附并促进细胞增殖,铺展和迁移。该研究为细胞行为的调控开辟了新的途径,对生物材料的设计具有指导意义。(2)基于前期工作构建的表面电荷空间分布的模型及其调控功能,利用氯氧化铋的光电特性,制备了具有空间分布的氯氧化铋纳米片复合水凝胶材料。在光照条件下,复合水凝胶产生了明显的光电流,光电效应发生在氯氧化铋所分布的空间位点,结合水凝胶良好的仿生基质,为皮肤创面提供电学微环境,实现提高细胞活性,加速创面愈合的目的。这为非侵入性的治疗和生命活动的精确调控提供了一种可控,无线的全新策略。