基于细胞学理论研究结果，即当材料与血液接触后，在材料表面首先发生对血浆蛋白的竞争性吸附，白蛋白的吸附有助于抗凝血性能，而纤维蛋白原的吸附和构象变化将激活凝血因子和血小板，产生凝血。本成果从理论和实验两方面系统地研究了生物材料的制备与表征、血液相容性测试、抗凝血生物物理模型的建立与实验验证。利用表面吸附理论、半导体异质结和电子遂穿理论，建立并理论计算了包括“选择吸附模型”和“电子转移模型”在内的血液相容性生物物理模型；通过选择四面体非晶碳薄膜(ta-C)、稀土掺杂ta-C薄膜、TiO2和ZnO薄膜及其掺杂或复合薄膜等材料体系，验证了血液相容性生物物理模型的适用性。具体包括：1）采用电弧离子镀膜技术，制备了不同禁带宽度和不同表面功函数的ta-C薄膜，通过动态凝血时间、溶血率、血小板粘附和变异、部分凝血酶活性评价等实验，研究其血液相容特性；研究ta-C薄膜的微结构与物理性能、血液相容性的关系，建立并实验验证了生物材料与血液纤维蛋白原之间的“电子转移模型”。2）采用电弧离子镀膜和激光溶蚀技术，制备不同微结构的轻稀土元素（如镧、铈等）掺杂ta-C薄膜、TiO2纳米晶薄膜、TiO2/C复合材料等，通过掺杂或复合材料，改变材料表面特性，研究稀土元素掺杂种类和添加量对ta-C薄膜的微结构与物理性能、血液相容性的关系，探讨稀土元素对薄膜亲、疏水性等的影响，建立并实验验证了材料表面对血液中纤维蛋白原和白蛋白选择吸附的“选择吸附模型”。3）采用液体环境激光溶蚀技术（LAL），在医用钛合金表面通过进行微-纳结构图案化和纳米线图形化定域生长，研究激光参数对TiO2和ZnO微纳结构、纳米尺度、组装密度的影响；然后实现在纳米结构图案或纳米线阵列上原位组装镶嵌纳米非晶碳薄膜;建立并实验验证包括“选择吸附模型”和“电子转移模型”在内的的血液相容性生物物理模型，为研究和开发新型抗凝血材料提供理论依据。