生物材料的表面電勢在介導(dǎo)細(xì)胞分化和指導(dǎo)細(xì)胞命運(yùn)方面起著極其重要的作用。然而，相關(guān)研究一般只專注于調(diào)控單一的同種表面電勢以影響細(xì)胞行為，很少有報(bào)道會(huì)合理地組合運(yùn)用不同種的表面電勢以發(fā)揮出其促成骨功能的最佳效果。

本文通過在氧化銦錫（ITO）平面微電極上覆蓋鐵電性的聚偏氟乙烯三氟乙烯(P（VDF-TrFE）)薄膜的方式(即P（VDF-TrFE）ITO)，構(gòu)建出具有長程表面電勢（電場誘導(dǎo)）和短程表面電勢（電荷誘導(dǎo)）可調(diào)制的表面，并從長短程表面電勢協(xié)同作用的角度，開展了材料表面電勢對間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）成骨分化行為的調(diào)控規(guī)律和作用機(jī)制的研究。

主要取得了如下的研究成果:通過旋涂法和流延法可分別制得納米級(jí)和微米級(jí)的P（VDF-TrFE）薄膜，即形成n-P（VDF-TrFE）ITO和μ-P（VDF-TrFE）ITO。

在旋涂法中，薄膜的厚度主要取決于溶液濃度和旋涂層數(shù);當(dāng)膜厚達(dá)470 nm時(shí)，可以很好地隔絕ITO微電極的圖案化形貌、微電流和可能存在的電化學(xué)效應(yīng)。

在流延法中，薄膜的厚度基本只與溶液濃度密切相關(guān);當(dāng)膜厚達(dá)3.5μm時(shí)，P（VDF-TrFE）呈現(xiàn)出良好的結(jié)晶性且能被有效電極化。

采用ITO微電極施加電場和接觸式電極化P（VDF-TrFE）薄膜的方式，即可使μ-P（VDF-TrFE）ITO單獨(dú)或同時(shí)具備長程和短程表面電勢，且其大小分別受施加電壓(VEF)和壓電系數(shù)(d33)所調(diào)制。

當(dāng)μ-P（VDF-TrFE）ITO單獨(dú)產(chǎn)生長程表面電勢或短程表面電勢并作用于MSCs時(shí)，兩種電勢均可以有效地促進(jìn)MSCs的增殖和成骨分化，其中長程和短程表面電勢的最佳值分別對應(yīng)于VEF=1 V和d33=-1.5 pC/N。

當(dāng)長程表面電勢和短程表面電勢同時(shí)操縱時(shí)，可進(jìn)一步顯著增強(qiáng)表面電勢促M(fèi)SCs成骨分化的效果，其最佳組合正好是長程表面電勢和短程表面電勢單獨(dú)作用時(shí)最佳值的疊加，顯示出長程和短程表面電勢在共同增強(qiáng)細(xì)胞成骨分化中各自獨(dú)立地發(fā)揮作用。

通過對鈣離子和整合素介導(dǎo)的相關(guān)成骨信號(hào)通路的基因測定，μ-P（VDF-TrFE）ITO表面電勢對MSCs成骨分化的作用機(jī)制可認(rèn)為是:長程和短程表面電勢分別強(qiáng)化激活鈣離子介導(dǎo)的PKC和整合素介導(dǎo)的FAK兩個(gè)上游信號(hào)通路，這兩信號(hào)通路可能在信號(hào)級(jí)聯(lián)的下游產(chǎn)生串?dāng)_，從而協(xié)同增強(qiáng)ERK的活化，最終顯著地上調(diào)了成骨基因Runx2的表達(dá)。上游信號(hào)通路的獨(dú)立性，決定了長程和短程表面電勢共同作用時(shí)的表觀疊加性。

本文工作對加深認(rèn)識(shí)和理解表面電勢與細(xì)胞的相互作用有著重要的貢獻(xiàn)，對植入體的表面設(shè)計(jì)也有著重要的理論指導(dǎo)意義。