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血液相容性是生物材料在生物体内应用的首要前提之一。一方面，随着材料科学的迅猛发展，有必要从丰富多样的生物材料中进行大量的筛选，以便找到比较适宜的材料；另一方面，随着技术的不断发展，在该类复杂体系中利用单分子手段进行研究已经成为可能。因此，从材料学因素和生物化学因素及二者的相互作用角度研究材料与血液中主要成分的界面相互作用，从而揭示影响血液相容性的因素和本质，阐明材料和机体相互作用机制，对于材料的设计和改造具有重要的指导意义。本论文正是在这一研究背景下，在模型表面的化学制备与性质表征的基础上，采用单分子水平的研究手段研究了不同材料与凝血相关蛋白质分子之间的相互作用，旨在阐明血液凝聚过程中的一些关键步骤，为血液相容性材料的选择提供依据。论文主要分为以下几个部分：
一、不同表面性质材料的制备及表征利用自组装技术分别以硅烷化试剂和硫醇在含硅表面和金单晶表面制备了纳米级平整的具有不同性质的模型表面，并以扫描探针显微术、接触角测量等手段进行了表征；以电化学方法、扫描探针显微术研究了最常用的纳米材料的稳定剂和临床上广泛使用的抗凝血剂柠檬酸在Au(111)上的组装，得到了大范围的平整有序吸附层；对常用的医用高分子材料进行了表征，结果表明，这些材料多为疏水性材料，且其表面普遍比较粗糙，张力可以在该类表面造成进一步缺陷。这些材料都将作为典型的模型表面用于以下所述的血液相容性研究中。
二、材料的血液相容性研究(一)动态凝血试验利用体外试验对于第一部分所制备的多种材料的抗凝血性能进行了表征。结果表明各试材的抗凝性能均较好，未观察到全凝的发生。同时证实疏水性材料在短时间内的抗凝效果较好，但血液凝聚随着时间增长而显著加剧；而亲水性表面的抗凝性能随时间变化不明显，说明材料的血液相容性受其表面浸润性影响。氨基修饰表面的抗凝性能普遍优于羟基修饰的表面，可能是由它们的表面化学组成不同所致。上述结论为微观实验打下了初步基础。
(二)纤维蛋白原在表面上的吸附与凝聚基于第一部分模型表面的制备，以原子力显微术得到了血浆蛋白中对于凝血过程起着决定性作用的纤维蛋白原在典型表面上的典型吸附形态，并首次提出了金基底自组装单层上该蛋白的吸附模型，为自组装单层在实际中的应用打下基础。以单分子手段揭示了材料表面性质对于其抗凝血性能的影响，即材料表面的亲水性越强、表面越平整，则表面的抗凝血效果越好；证实材料表面的浸润性、化学组成、表面形貌对于纤维蛋白原的吸附行为具有较大影响，从而将导致不同性质表面血液相容性的差异。这就为与血液相接触的生物材料的选择提供了重要依据。
(三)纤维蛋白在表面上的吸附与凝聚在血液凝固的过程中，血液内的纤维蛋白原向血栓的主要成分纤维蛋白的转化是最为关键的步骤，因此，纤维蛋白在表面上的吸附与组装行为对于研究材料表面抗凝血性质同样非常重要。我们以原子力显微术表征了不同浓度下不同浸润性基底表面纤维蛋白分子的吸附，结果初步证实，与纤维蛋白原相似，纤维蛋白在表面上的吸附与组装行为随着基底的浸润性和蛋白溶液的浓度不同存在显著差异。
(四)微加工方法在血液相容性研究中的应用基于第一部分表面制备的基础，结合掩膜光刻等微加工手段，分别成功制备了微米尺寸的图案化表面及流道体系。以全内反射荧光显微术进一步原位证实表面化学组成对于纤维蛋白原吸附行为具有重要影响，同时发现纤维蛋白原的吸附与聚集行为还与溶液中蛋白浓度和培育时间相关。此外，原位观察到了凝血酶、钙离子和肝素钠在纤维蛋白原、纤维蛋白单体、纤维蛋白聚合物相互转化过程中的作用。
综上所述，以单分子手段对于材料血液相容性进行研究是可行的，随着单分子检测技术的进一步发展，该方向将在生物材料的应用领域中发挥越来越大的作用。