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临床使用的与血液接触的金属医疗器件，其材料表面都有血栓形成和离子渗出等问题^[1-9] 。对此，人们对材料的血液相容性进行了多年研究，但到目前为止，还不能获得一个真正与血液相容的材料或表面^[10] 。
课题组在前期有关材料血液相容性的研究工作中^[11-13] ，原创性地提出了一种新的材料表面设计思路，即在材料表面形成微磁场，通过磁场对血栓形成过程中起关键作用的Ca ²⁺及血细胞等物质的作用，达到控制凝血过程的目的，并通过实验实现了这一思想。
文章就材料表面微磁场能改善血液相容性的原理，在理论上作详细讨论。

材料表面微磁场为什么能延长动态凝血时间？磁场又是如何与血液发生相互作用呢？把这些问题搞清楚，就可以利用其原理来改善材料的血液相容性。
现代生物磁学研究表明，任何生物都具有磁性，生命活动也显示磁性^[14] 。生物磁性是物质的基本属性，它存在的范围很广，从微观粒子到生物活体都存在着磁的现象。磁场作用于生物体后，会引起生物体内一系列生物效应，磁场对生物分子、细胞、神经、器官及整体(指活体)的各个层次均显示不同的影响^[15] 。
物质的磁性来源于原子磁矩，而原子磁矩主要是电子轨道磁矩和电子自旋磁矩的矢量和。当电子层的各个轨道都排满电子时，其电子磁矩相互抵消，这个电子层的磁矩之和为零，它对原子磁矩没有贡献。如果原子中所有电子层都被电子排满，则原子固有磁矩为零。原子中如果有未被填满的电子壳层，其电子的自旋磁矩未被抵消(方向相反的电子自旋磁矩可以互相抵消)，原子就具有“永久磁矩”。
当物质处于外磁场中时，原子磁矩择优取向，表现为顺磁性，而电子的轨道运动要感应产生附加磁矩，这个附加磁矩总是和外磁场反向，即物质具有了抗磁本性。当然，在外磁场作用下，物质是顺磁体还是抗磁体，还要取决于物质的顺磁性和抗磁性的综合作用。
抗磁物质与磁场之间存在排斥作用，虽然这个排斥作用较弱，但它可以削弱物质的重力作用；特别当外磁场足够强时，它甚至可以悬浮生物体(如青蛙) ^[16-17] 。生物体通常是由抗磁分子(如：水、蛋白质)和抗磁组元(如：骨)组成^[16] ，血液中的血小板、纤维蛋白原及Ca ²⁺等组分在磁场中也都表现出抗磁性，它们与磁场之间存在相互作用，对此，不少学者的实验中都得到了验证。法国学者Torbet等[18]把纤维蛋白原放在磁场中聚合成纤维蛋白凝胶时发现，聚合才开始时，纤维蛋白原及纤维蛋白单体抗磁各向异性的能量小于热能，所以，纤维蛋白取向性较差，当许多单体以一定方向聚合在一起时，累积的抗磁各向异性能就是一个单体的许多倍，磁取向能足够大，表现为聚合纤维蛋白平行于磁场方向，这个取向性强烈依赖于蛋白质的抗磁组分Aα多肽链和剩余的芳烃氨基酸。
国外学者还研究红细胞、血小板、及蟋蟀、公牛、海胆和人的精子等在磁场中的变化时，发现它们沿磁场方向都有一定的取向性。红细胞、血小板的盘面平行磁场方向，主要就是因为细胞膜组分(脂双层和跨膜蛋白)的抗磁性，血小板还有微管的抗磁性引起^[19-23] 。而精子整个身体平行磁场方向，头部垂直于磁场方向；并比较了海胆和人的精子，因精子形状不同而产生的变化。这些取向性产生都是因分子组分的抗磁性引起的。Higashi等^[21,22]还量化了每个红细胞的各向异性抗磁化率△X= 0.8×10-21 emu，这里△X是垂直于红细胞盘面的磁化率与平行于红细胞盘面的磁化率的差值。他们通过试验计算指出，红细胞的取向主要是因膜组分的脂双层和跨膜蛋白的抗磁性作用。每个血小板的各向异性抗磁化率△X=1.2×10-21 emu，尽管血小板的直径约为红细胞的1/5，但△X值却约为红细胞的1.5倍，这说明不仅仅是血小板的膜组分对血小板在磁场中取向起作用，还有微管的丝蛋白抗磁性也对取向发挥了作用。
从上面的讨论可以看出，血液中的血小板、纤维蛋白原及红细胞等抗磁粒子与磁场间存在相互作用。
另外，血液中的Ca ²⁺的电子层都排满了电子，其固有磁矩为零，所以，在磁场作用下由于电子的轨道运动产生附加磁矩而表现出抗磁性。 
在本实验中，试样材料表面含SrFe12O19磁粉的薄膜，磁化后在表面能产生微磁场。当血液置于上面时，因血液中微小粒子Ca ²⁺ 、纤维蛋白原、血小板及红细胞等的抗磁性，且血细胞也很小，一般都不超过10 µm，在磁场中被磁化时，受到磁场的斥力作用，使Ca ²⁺ 、纤维蛋白原、血小板及红细胞等粒子“磁悬浮”，抑制或减弱了它们在材料表面的沉积。
而从血栓形成过程看，当材料与血液接触时，血浆蛋白要发生竞争吸附，吸附血浆蛋白的种类与血小板贴壁的数量密切相关^{[24-26 ]} 。若表面吸附主要是纤维蛋白原时，将发生大量的血小板粘贴在材料表面。所以，纤维蛋白原、血小板的黏附对血液的凝集、血栓的形成都起着重要作用，而红细胞也参与其中。另一方面，Ca ²⁺几乎参与了凝血反应的全过程，所以，Ca ²⁺也是实验控制凝血反应的一个关键点，缺少Ca ²⁺ ，血液将不会凝结^[27] 。
由上面分析可以看出，血液在材料表面形成血栓时起关键作用的Ca ²⁺及纤维蛋白原、血小板及红细胞等生物分子在磁场中都表现出抗磁性。现在因材料表面产生的磁场阻碍了血液中Ca ²⁺ 、和纤维蛋白原、血小板及红细胞等粒子在材料表面上的黏附贴壁，阻碍了凝血反应的进行，因而具有抗血栓的作用。
虽然，体内血液相容性试验没做，但可以推断，若把这试样放在生物体内，因血液在体内的川流不息，磁场还会对Ca ²⁺等运动的带电粒子产生作用，从而进一步生阻碍它们在材料表面的沉积。不少学者的研究也验证了这一点。他们认为磁场对生物体内钙离子及其他带电物质存在作用，在磁场作用下，血液中离子荷电能力发生改变，从而影响带电离子的移动速度和排列形式，产生层流和线粒流使血液加速^[28] ；陈奎孚等^[29]在综述静磁场的生物效应时指出，外加弱磁场有可能影响细胞与Ca ²⁺等离子有关生命活动过程。
所以，作者认为含磁粉薄膜表面的微磁场能减少或抑制Ca ²⁺及血液中其它带电荷的物质与材料表面的接触，控制Ca ²⁺及血液中其它带电荷的物质参与材料表面凝血过程，从而延缓或抑制凝血反应。
另外，血管完整的内皮表面是最好的抗凝血材料。究其原因时指出，血管内皮表面吸附着带负电荷的蛋白质分子层，对血小板和抗凝因子起排斥作用是其原因之一^[30] 。当材料表面产生磁场时，也对带负电荷的血小板和抗凝因子发生作用，减少或抑制它们在材料表面的吸附。
所以，从上述分析来说，在NiTi合金、316L不锈钢试样表面上形成含SrFe12O19磁粉的薄膜，利用磁化后的磁场来抗凝血，也是一种材料的仿生设计。
文章提出了一种提高材料血液相容性的仿生设计思想，即在材料表面产生微磁场，通过磁场对血液中Ca ²⁺ 、纤维蛋白原、血小板及红细胞等分子作用，使它们表现出抗磁性，在磁场中被磁化时，它们在磁场中受到斥力作用，使纤维蛋白原、血小板及红细胞等分子“磁悬浮”，阻止或减弱了它们在材料表面的沉积，从而抑制材料表面的凝血过程，提高材料的血液相容性。

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