生物材料微圖形生物活性表面對細胞生長行為的調(diào)控研究.pdf

1、骨缺損及骨修復的治療研究仍然是當今骨科領(lǐng)域中的一大難題，理想的骨修復替換材料應具有良好的骨傳導性以及組織誘導性，通過材料表面改性是賦予材料表面良好生物相容性的重要方法之一。本文的主要目的是，通過對材料表面的生物活性分子進行精確的微圖形設計從而構(gòu)建微圖形生物活性表面來同時改變表面的化學微環(huán)境以及建立精確的微圖形拓撲結(jié)構(gòu)，從而能夠有效地調(diào)控成骨細胞的生長行為與功能并賦予材料良好的生物相容性。為此，本文采用微接觸印刷術(shù)在生物材料(鈦合金、聚苯

2、乙烯)表面構(gòu)建不同的生物活性微圖形，并詳細研究這些微圖形生物活性表面對成骨細胞的生長行為及功能表達的影響規(guī)律。研究的主要內(nèi)容和結(jié)果如下：1.對鈦表面進行改性，獲得醛基改性的材料表面；以牛血清白蛋白(BSA)和人纖連蛋白(FN)作為模型蛋白，采用微接觸印刷術(shù)在醛基表面改性的鈦表面共價固定蛋白分子從而構(gòu)建不同形狀及不同尺度的微圖形。通過XPS、接觸角、AFM等手段對每一步的材料表面進行表征，結(jié)果表明可成功在鈦表面進行每一步的改性，并通過激光

3、共聚焦在鈦表面觀察到了兩種蛋白微圖形的熒光圖像。同樣采用微接觸印刷術(shù)，成功地在聚苯乙烯(PS)表面制備了BSA和FN蛋白微圖形。通過激光共聚焦顯微鏡對PS表面蛋白微圖形進行拍照分析，對比鈦表面微圖形和PS表面微圖形之間穩(wěn)定性，得出了材料表面共價結(jié)合制備的微圖形穩(wěn)定性要高于物理吸附制備的圖形，而物理吸附的微圖形清晰度及精確性高于共價結(jié)合制備的圖形；通過分析不同尺寸微圖形的激光共聚焦圖片，得出微圖形尺寸將會明顯影響微圖形印刷的精確度，當圖形

4、尺寸小于或等于5微米時，將會出現(xiàn)一定的變形，微圖形的精確性受一定影響。并且負印章的圖形相對同尺寸的正印章效果更好。
　　 2.在PS表面微圖形上接種大鼠原代成骨細胞，通過顯微鏡觀察微圖形對細胞粘附、鋪展、增殖的影響；同時利用免疫熒光法對細胞的骨架、核及分泌的Ⅰ型膠原蛋白和骨鈣素進行染色，用激光共聚焦顯微鏡(CLSM)進行觀察分析拍照。實驗結(jié)果表明不同尺寸的微圖形調(diào)控了大鼠原代成骨細胞在材料表面的粘附、鋪展及增殖行為，細胞趨向于在

5、蛋白區(qū)域粘附鋪展；具有蛋白微圖形的PS表面相對于普通PS表面，更能促進細胞的增殖；同時，微圖形表面可誘導細胞Ⅰ型膠原蛋白和骨鈣素的分泌，促進了細胞的分化。
　　 3.在自組裝3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)的鈦片表面接枝聚乙烯亞胺(PEI)后，接枝羧基化碳納米管(CNT)制得CNT表面；通過接觸角測量儀、X射線光電子能譜儀(XPS)、原子力顯微鏡(AFM)、掃描電子顯微鏡(SEM)等對接枝前后材料表面進行表征；在CNT材料表

6、面接種大鼠原代成骨細胞，MTT法檢測細胞存活率和增殖情況，SEM觀察材料表面細胞粘附鋪展情況。最后，通過微接觸印刷術(shù)在APTMS改性鈦片表面制備聚乙烯亞胺微圖形，在PEI微圖形上進一步接枝羧基化CNT制備碳納米管微圖形，SEM觀察表征。分析結(jié)果表明，實驗中可成功將具有羧基的單壁碳納米管(SWCNT)接枝在鈦材表面上，形成CNT表面，并能通過微接觸印刷術(shù)進一步制得鈦表面CNT微圖形。細胞實驗的結(jié)果表明，與空白鈦樣品表面的成骨細胞相比，表面