《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：The influence of different surface texture parameters on the cell proliferation and adhesion early behaviors on the surface of titanium alloy
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本研究通过飞秒激光加工（FLP）技术在左心室辅助装置（LVAD）钛合金表面构建不同几何参数（圆形、三角形、正方形、六边形）和深度（10、20、40 μm）的微织构，系统评价了表面形貌、元素分布及细胞相容性。结果表明，20 μm织构深度与正方形图案可最优促进大鼠心肌成纤维细胞（RCF）的黏附与增殖，其机制涉及表面微粗糙度引导的细胞骨架重排及氧化层增强的亲水性。该研究为LVAD界面生物功能化设计提供了理论依据。
研究背景
左心室辅助装置（LVAD）是终末期心力衰竭治疗的关键器械，但其与心肌组织接触界面的生物相容性优化仍是挑战。当前表面改性策略包括钛 nitride（TiN）涂层、类金刚石碳（DLC）薄膜等被动涂层，以及肝素化、内皮细胞（EC）铺覆等主动功能化方案。其中，微织构表面通过诱导原位内皮化展现出独特潜力，但其几何参数对心肌细胞行为的影响机制尚不明确。
研究方法
研究采用医疗级Ti-6Al-4V钛合金，通过FLP技术（波长1,030 nm，功率5 W）在直径30 mm的试件表面制备四种图案（圆形、三角形、正方形、六边形）和三种深度（10、20、40 μm）的微织构，织构面积比统一控制为31.4%。利用扫描电镜（SEM）表征表面形貌与元素分布，通过MTT法检测小鼠成纤维细胞L-929的增殖活性，并采用荧光染色（DAPI/FITC-鬼笔环肽）观察RCF的早期黏附形态。
表面形貌与化学特性
FLP处理的织构边界清晰，热影响区极小。织构底部均呈现周期性加工痕迹，且深度增加会加剧基底粗糙度（图6-7）。元素分析显示，织构边缘氧元素富集，表明激光加工诱发表面氧化生成TiO2，通过Lewis酸碱性位点增强表面亲水性（图8）。
细胞相容性评价
MTT实验表明，所有织构表面均显著促进L-929细胞增殖（图9）。20 μm织构深度组的光密度（O.D.570 nm）值最高，优于10 μm与40 μm组；正方形图案的促增殖效果最显著，其次为六边形。培养48小时后，细胞增殖量较24小时进一步提升，证实织构表面对细胞活性的长期支持作用。
细胞早期黏附行为机制
荧光显微观察显示，织构表面通过微粗糙结构为细胞提供锚定位点，引导RCF沿图案方向延伸（图10-12）。统计结果表明，20 μm深度织构的细胞数量显著高于其他组（p< 0.05），而40 μm深度因空间限制导致细胞骨架张力失衡，抑制增殖（图11）。正方形与六边形织构的均匀间距更契合细胞尺寸效应，促进细胞-基质相互作用（图13-14）。进一步机制分析提示，表面能各向异性可能通过整合素-黏着斑激酶（FAK）通路调控细胞骨架重排。
结论与展望
研究明确20 μm深度与正方形图案为LVAD钛合金表面优化的关键参数，其通过物理拓扑与化学改性协同增强细胞响应。未来需系统探索织构面积比、排列方式等参数，并结合信号通路（如Rho GTPase）深入解析界面调控机制，推动LVAD界面设计向精准生物功能化发展。
