生物相容性：生物材料与生物环境的相互作用

• 水界面相互作用

当材料植入到生物环境中，最初的反应是水分子吸附到材料表面，该过程发生在几纳秒。众所周知，水对于不同材料的反应是不同的。水可能分散在材料表面或者形成与表面有一定角度（接触角）的液滴。基于此，表面分为两种，亲水表面和疏水表面。

水在生物材料表面的行为是研究生物材料表面在生物反应中作用的基础。基于此，水和表面间的相互作用对蛋白质吸附的影响，以及随后细胞-生物材料的相互作用，目前仍处在研究阶段。

• 蛋白吸附

第二阶段，发生蛋白吸附。蛋白吸附到生物材料表面发生在植入后的几秒钟之内。在几秒到几分钟之内，单层蛋白吸附到大多数表面。一般认为由于小分子蛋白能够快速到达材料表面，因此首先吸附。随着时间的推移，小分子蛋白被更大分子的蛋白取代，因为大分子蛋白更具有亲和力^[1]。蛋白的亲和力是决定竞争吸附结果的重要原则。例如：血浆中的蛋白主要有三种：白蛋白、IgG和纤维蛋白，而血浆中的血红蛋白很少。由于血红蛋白的亲和力更强，因此血红蛋白与主要蛋白的吸附量相似^[2]。

• 细胞-生物材料相互作用

生物反应的第三阶段是细胞附着在材料表面。这一阶段受吸附蛋白质层和表面形貌的影响。由于蛋白质吸附发生在细胞到达表面之前，细胞首先看到的是吸附的蛋白质层，而不是生物材料表面本身。

细胞的扩散和分化尤其受到微米尺度粗糙度和润湿性影响。通常报道称，中等亲水性的生物材料表面能够改善细胞生长和提高生物相容性。然而，当材料变得非常亲水，细胞在材料表面的粘附性会降低，这表明存在一系列最佳表面能^[3]。

由于纳米和微米尺度的粗糙度也有重要影响，因此当细胞扩散时区分是由于表面自由能的影响还是粗糙度的影响或两者兼有是十分重要的^[4]。

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[1] P. Roach, D. Englin, K. Rohde and C. C. Perry, “Modern bio¬materials: a review - bulk properties and implications of surface modifications”, Journal of material science: Materials in medicine 18 (2007) 1263.

[2] T.A. Hobert (2004), “The role of adsorbed proteins in tissue response to biomaterials” in B. D. Ratner et. a. (ed.) Biomaterial science: An introduction to materials in medicine. Elsevier Academic Press 237.

[3] R.E. Baier, “Surface behavior of biomaterials: the theta surface for biocompatibility”, Journal of material science: Materials in medicine 17 (2006) 1057.

[4] J. I. Rosales-Leal, M. A. Rodríguez-Valverde, G. Mazzaglia, P. J. Ramón-Torregrosa, L. Díaz-Rodríguez, O. García-Martínez, M. Vallecillo-Capilla, C. Ruiz and M. A. Cabrerizo-Vílchez, “Effect of roughness, wettability and morphology of engineered titanium surfaces on osteoblast-like cell adhesion”, Colloids and surfaces A: Physicochemical and Engineering aspects 365 (2010) 222.