生物材料微圖形生物活性表面對細(xì)胞生長行為的調(diào)控研究.pdf

1、骨缺損及骨修復(fù)的治療研究仍然是當(dāng)今骨科領(lǐng)域中的一大難題，理想的骨修復(fù)替換材料應(yīng)具有良好的骨傳導(dǎo)性以及組織誘導(dǎo)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(jìn)行精確的微圖形設(shè)計(jì)從而構(gòu)建微圖形生物活性表面來同時(shí)改變表面的化學(xué)微環(huán)境以及建立精確的微圖形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而能夠有效地調(diào)控成骨細(xì)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(xì)研究這些微圖形生物活性表面對成骨細(xì)胞的生長行為及功能表達(dá)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(jìn)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(jià)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(jìn)行表征，結(jié)果表明可成功在鈦表面進(jìn)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(jìn)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(jià)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(jià)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(dāng)圖形

4、尺寸小于或等于5微米時(shí)，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(fù)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(xì)胞，通過顯微鏡觀察微圖形對細(xì)胞粘附、鋪展、增殖的影響；同時(shí)利用免疫熒光法對細(xì)胞的骨架、核及分泌的Ⅰ型膠原蛋白和骨鈣素進(jìn)行染色，用激光共聚焦顯微鏡(CLSM)進(jìn)行觀察分析拍照。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同尺寸的微圖形調(diào)控了大鼠原代成骨細(xì)胞在材料表面的粘附、鋪展及增殖行為，細(xì)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(jìn)細(xì)胞的增殖；同時(shí)，微圖形表面可誘導(dǎo)細(xì)胞Ⅰ型膠原蛋白和骨鈣素的分泌，促進(jìn)了細(xì)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(jìn)行表征；在CNT材料表

6、面接種大鼠原代成骨細(xì)胞，MTT法檢測細(xì)胞存活率和增殖情況，SEM觀察材料表面細(xì)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(jìn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)一步制得鈦表面CNT微圖形。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，與空白鈦樣品表面的成骨細(xì)胞相比，表面