生物材料植入人体后,其表面会在短时间内吸附大量的蛋白质等生物分子。生物分子在生物材料表面吸附之后,往往会由于跟生物材料表面之间的相互作用,引起其构型及功能的改变。因此,研究生物材料同生物分子之间的相互作用,对生物材料表面改性及医疗器械的设计研发具有十分重要的意义。但是,当前研究对生物材料与生物分子之间相互作用的机理在原子、分子水平上的认识还很缺乏。本论文采用基于第一性原理的计算机模拟方法研究了几种常见生物分子与石墨烯和TiO2之间的相互作用机理。石墨烯是由单层碳原子紧密排列而成的二维蜂巢状结构,具有优异的力学和电学性能。石墨烯及其衍生材料在生物医学领域具有很好的应用潜力。精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)序列存在于多种细胞外基质蛋白中,是细胞粘附的重要识别位点,能够促进细胞在材料表面的吸附。本文用基于电子密度泛函理论的计算方法研究了RGD与石墨烯之间的相互作用。分析结果表明,当RGD分子平行于表面,并且其氨基、羧基和胍基三种功能团同时与表面相互作用时,RGD与表面之间的相互作用最强。RGD氨基与石墨烯表面形成的NH3+…π作用,要强于RGD胍基和羧基与表面形成的guanidine-NH2…π和COO.··π作用。石墨烯表面上的空位缺陷处存在含有悬挂键的未成键碳原子,能够增强石墨烯与RGD之间的相互作用。氧化石墨烯表面的含氧基团增强了其与RGD之间的作用,不同的含氧基团对RGD的结合能力各异。水分子的存在增强了石墨烯与RGD之间的作用强度,却减弱了氧化石墨烯与RGD之间的作用强度。Ti基材料表面会自发形成一层Ti02氧化层,这一氧化层处于人体组织与植入体之间,对于Ti基材料良好的生物相容性有重要贡献。充分了解Ti02表面与蛋白质／多肽／氨基酸之间的相互作用机理是钛植入体成功的关键之一。天冬氨酸(简写为Asp或D)是自然界中最常见的氨基酸之一。本研究用基于第一性原理电子密度泛函理论的计算方法研究了Asp与纯金红石型Ti02(110)(R(110))表面、氮掺杂R(110)表面、钙掺杂R(110)表面之间的相互作用,并考察了水环境对Asp吸附的影响。分析结果表明,当Asp的氨基、羧基同时与两个表面Ti原子形成二齿桥状键合时,Asp与Ti02表面之间的相互作用最强。Asp的氢原子与表面桥氧原子之间形成的氢键也对其在表面的吸附有贡献。水分子的存在会阻碍Asp在表面的吸附。R(110)表面掺杂氮或钙之后,都会导致Asp与表面之间的作用减弱。石墨烯和Ti02在生物材料领域都有很好的应用前景,研究TiO2/石墨烯复合材料在生物医学中的应用具有重要的意义。甘氨酸(简写为Gly或G)是自然界中结构最简单的氨基酸。本研究用基于第一性原理电子密度泛函理论的计算方法研究了G1y与TiO2/石墨烯复合体系的相互作用。计算结果表明,当Ti02/石墨烯复合体系中Ti02为主导成分时,Gly主要与Ti02作用,TiO2晶型对Gly的吸附有影响；当石墨烯/氧化石墨烯为主导成分时,石墨烯/氧化石墨烯对Gly的吸附起主要作用；石墨烯/氧化石墨烯的加入能否增强TiO2/石墨烯复合材料对Gly的吸附能力,主要取决于石墨烯/氧化石墨烯对Gly分子的构型产生的影响。本研究的计算结果可以对生物医用材料表面处理的有效设计、优化,对制备出能够满足于生物医学领域相关应用要求的新型材料提供一些理论参考和指导。