金屬植入體表面修飾以增強(qiáng)其骨整合能力是骨修復(fù)研究的重要領(lǐng)域之一。植入體表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建和組成修飾以營造適合細(xì)胞生長的表面微環(huán)境,是促進(jìn)植入體表面形成快速有效骨整合的有效途徑。如何設(shè)計并構(gòu)建合適的表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及表面組分,讓細(xì)胞產(chǎn)生最佳的生物學(xué)效應(yīng),仍然是一個有待深入研究的課題。本工作以微球作為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建的基本單元,構(gòu)建了不同尺度、不同密度、不同表面組分及表面納米結(jié)構(gòu)化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并對成骨細(xì)胞在這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表面的粘附、增殖以及成骨分化能力進(jìn)行了評價,探討了基于微球的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對細(xì)胞調(diào)控的作用機(jī)制。本文主要取得了以下3方面的研究成果:1.基于SiO2微球的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建、修飾及評價。以亞細(xì)胞尺度(140 nm～500 nm)的SiO2微球作為基本結(jié)構(gòu)單元,采用旋涂法構(gòu)建了相應(yīng)表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過改變分散體系、旋涂轉(zhuǎn)速等參數(shù),形成均勻分散、密度可調(diào)的SiO2微球拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。選取其中生物相容性最佳的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并在其表面進(jìn)行了 TiO2、Al2O3及Au的組分修飾。不同組分修飾在前成骨細(xì)胞的不同生長階段體現(xiàn)了不同的促進(jìn)作用。TiO2修飾能夠促進(jìn)細(xì)胞的粘附,Al2O3修飾則在細(xì)胞增殖階段發(fā)揮促進(jìn)作用,Au修飾的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在細(xì)胞的粘附與增殖階段都有較為明顯的促進(jìn)作用。這種不同階段產(chǎn)生的促進(jìn)作用很可能與組分修飾改變了材料表面的蛋白質(zhì)吸附能力及吸附取向有關(guān)。2.基于Ti微球的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建、修飾及評價。以超細(xì)胞尺度(10μm～53μn)的Ti微球及表面納米結(jié)構(gòu)化的Ti微球作為基本結(jié)構(gòu)單元,采用旋涂法構(gòu)建相應(yīng)表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過改變分散體系、固含量以及旋涂轉(zhuǎn)速等制備參數(shù),分別構(gòu)建了低密度(～120個/mm2),中密度(～720個/mm2)和高密度(～2400個/mm2)的表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并對其生物學(xué)性能進(jìn)行了評價。Ti微球表面納米結(jié)構(gòu)化能很好地促進(jìn)蛋白質(zhì)吸附和單細(xì)胞在微球上的粘附與鋪展,而由Ti微球形成的中密度表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對細(xì)胞整體的粘附、增殖與分化卻表現(xiàn)出最為顯著的促進(jìn)能力。針對這現(xiàn)象提出了可能的作用機(jī)理為:超細(xì)胞尺度的中密度表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對細(xì)胞分布起到了一定的限域作用,促進(jìn)了細(xì)胞團(tuán)簇的形成,團(tuán)簇形成后能夠促進(jìn)細(xì)胞-細(xì)胞間的生物信號的有效傳遞,從而顯著促進(jìn)細(xì)胞的增殖及成骨分化;納米結(jié)構(gòu)化的微球構(gòu)成的表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),雖對單細(xì)胞的粘附有明顯的促進(jìn)作用,卻抑制了限域效應(yīng),細(xì)胞團(tuán)簇?zé)o法形成,因而其生物效應(yīng)不如中密度表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。3.基于TC4微球的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建及評價。以超細(xì)胞尺度(10 μm～53 μm)的TC4(Ti6Al4V)微球作為基本結(jié)構(gòu)單元,結(jié)合3D打印技術(shù)構(gòu)建相應(yīng)表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過增材和激光等參數(shù)的改變得到了3種典型的表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):條紋狀結(jié)構(gòu)型3D-S、分散微球型3D-D和兩者組合型3D-SD。3D打印工藝參數(shù)對條紋結(jié)構(gòu)的寬度和深度有著明顯的影響,而對分散微球型結(jié)構(gòu)影響不顯著。對3種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表面再進(jìn)一步進(jìn)行了納米結(jié)構(gòu)化修飾和相應(yīng)的生物學(xué)評價。細(xì)胞實驗顯示,微球分散型結(jié)構(gòu)能全面地對細(xì)胞行為起到調(diào)節(jié)與促進(jìn)作用,這可能與微球分散拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的限域效應(yīng)促使細(xì)胞團(tuán)簇形成有關(guān)。條紋結(jié)構(gòu)的寬度及深度變化對成骨分化能力也有一定的調(diào)控作用,但僅具有條紋結(jié)構(gòu)的3D-S組并沒有表現(xiàn)出明顯的促成骨分化作用。同時具有條紋結(jié)構(gòu)和微球分散結(jié)構(gòu)的3D-SD表面表現(xiàn)出了最佳的促成骨分化能力。說明條紋結(jié)構(gòu)具有一定的促成骨分化的調(diào)控能力,但需要基于微球分散結(jié)構(gòu)才能表現(xiàn)出來,這可能與微球結(jié)構(gòu)化表面促進(jìn)細(xì)胞團(tuán)簇,而條紋結(jié)構(gòu)使得細(xì)胞團(tuán)簇具有一定的取向性有關(guān)。納米結(jié)構(gòu)修飾同樣需要依托于合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)才能表現(xiàn)出良好的細(xì)胞響應(yīng)性。3D-S型經(jīng)納米結(jié)構(gòu)修飾并沒有對細(xì)胞響應(yīng)行為有顯著的促進(jìn)作用,而3D-SD型進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)修飾后,其細(xì)胞響應(yīng)能力顯著提升。一方面與納米結(jié)構(gòu)促進(jìn)蛋白吸附從而提供了更多的細(xì)胞識別位點(diǎn);另一方面,3D-SD的整體納米結(jié)構(gòu)化,并不會抑制細(xì)胞團(tuán)簇形成,因而納米結(jié)構(gòu)修飾能發(fā)揮積極作用。本文對以微球為基本結(jié)構(gòu)單元所構(gòu)建的表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其生物學(xué)效應(yīng)的研究,并對產(chǎn)生良好生物學(xué)效應(yīng)的作用機(jī)理進(jìn)行了分析與驗證,為未來金屬植入體表面修飾的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計、成型工藝選擇等提供了新的思路,對獲得具有表面高成骨響應(yīng)的植入體有著重要的意義。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1;R318.08
【部分圖文】：

？二??圖１．１陽極氧化法獲得的不同管徑的Ｔｉ０２納米管陣列［１８１??Ｆｉｇ．?１．１?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?Ｔｉ０２?ｎａｎｏｔｕｂｅｓ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｃａｌｅｓ?ｏｂｔａｉｎｅｄ?ｂｙ?ａｎｏｄｉｚｉｎｇ?ｔｉｔａｎｉｕｍ??ｓｈｅｅｔｓ．??

?利用化學(xué)方法對納米管底部的鈦進(jìn)行腐蝕，最后去除表面的摸板，從而在鈥基板??表面構(gòu)建出了納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)，如圖１．３ａ，通過調(diào)節(jié)模板的孔徑可以調(diào)控納米點(diǎn)的大??小及密度。Ｌｕｏ［２ｌ］等則通過分相自姐裝的方法，同祥在鈦材表面制備了納米點(diǎn)薄??膜，通過控制分相劑的濃度與旋涂轉(zhuǎn)速同樣可以調(diào)控納米點(diǎn)的尺寸與密度，如圖??１．３ｂ。??國??圖１．３不同方法制備的Ｔｉ０２納米點(diǎn)：（ａ）模板法［２Ｄ］；?（ｂ）分相自組裝法［２｜］??Ｆｉｇ．?１．３?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?Ｔｉ〇２?ｎａｎｏｄｏｔｓ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍｅｔｈｏｄ：?（ａ）?ｔｅｍｐｌａｔｅ?ｍｅｔｈｏｄ；?（ｂ）??ｐｈａｓｅ－ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ－ｉｎｄｕｃｅｄ?ｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｙ．??￣Ｔｌ??二ｚｙ??—??圖１．４ＮＩＨ３Ｔ３細(xì)胞偽足在納米點(diǎn)上的選擇性吸附［２２］??Ｆｉｇ．?１．４?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ?３Ｔ３－ｆｉｂｒｏｂｌａｓｔ?ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ?ａｄｈｅｒｉｎｇ?ｔｏ?ｎａｎｏｄｏｔ?ｐａｔｔｅｒｎｓ．??Ｇｋａｒｄｌ２２］等在基板表面構(gòu)建了島狀的納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)（圖１．４），實驗發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞??４??

重要的意義。??三種被廣泛研究的典型微米級圖案化結(jié)構(gòu)，微米槽、微米柱陣列和微米丼陣??列如圖１．７所示。圖案化結(jié)構(gòu)作用相當(dāng)廣泛，幾乎影響到所有類型的細(xì)胞行為。??不同基板、不同的圖案化結(jié)構(gòu)對不同的細(xì)胞系有不同的誘導(dǎo)能力。而細(xì)胞與圖案??化結(jié)構(gòu)間的相互作用方式也會隨著所使用的的細(xì)胞系種類、圖案化結(jié)構(gòu)尺寸等因??素改變而產(chǎn)生變化［３３＿３６］。??ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｂ）?ＳＥＭ??ｒ識關(guān)??＿＿??＜?醒墨矗編??？ＳＬＵＬｌｉＵｉＦ?Ｘ５）??圖１．７典型微米圖案化結(jié)構(gòu)的示意圖（ａ）和ＳＥＭ圖片（ｂ）：微米溝槽（比例尺為５ｍｍ）、??微米柱陣列（比例尺為５ｍｍ）和微米井陣列（比例尺為１?ｍｍ）?１２８１??Ｆｉｇ．?１．７?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｅｐｉｃｔｉｏｎｓ?（ａ）?ａｎｄ?ＳＢＭ?ｉｍａｇｅｓ?（ｂ）?ｏｆ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ?ｍｉｃｒｏ－ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ??ｐａｔｔｅｒｎｓ．?Ｔｈｒｅｅ?ｂａｓｉｃ?ｎａｎｏｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ?ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｓ?ｉｎｃｌｕｄｅ?ｍｉｃｒｏ－ｇｒｏｏｖｅｓ?（ｓｃａｌｅ?ｂａｒ?＝?５?ｍｍ），??ｍｉｃｒｏ－ｐｉｌｌａｒｓ?ａｒｒａｙ?（ｓｃａｌｅ?ｂａｒ?＝?５?ｍｍ），?ａｎｄ?ｍｉｃｒｏ－ｗｅｌｌｓ?ａｒｒａｙ?（ｓｃａｌｅ?ｂａｒ?＝?１?ｍｍ）．??１．２．２．１微米溝槽??由于細(xì)胞尺寸的影響，細(xì)胞與微米溝槽的相互作用于納米溝槽截然不同。在??納米溝槽表面，通常能夠跨越多級多組條紋結(jié)構(gòu)，如圖１．８Ａ所示［３７］。細(xì)胞在納??米結(jié)構(gòu)上黏附遷移，當(dāng)納米溝槽足夠狹窄時，細(xì)胞偽足也無法進(jìn)入溝槽底部。但??在微米溝槽表面
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 吳瑞清;來婧娟;潘毅;鄧瑾妮;鄭朝暉;丁小斌;;“滑輪環(huán)”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)增韌聚乳酸及其形狀記憶性能和機(jī)理探究[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報;2018年12期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 黃曉笑;基于微球的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建、修飾及其生物學(xué)評價[D];浙江大學(xué);2018年

2 王雨桐;創(chuàng)意三維樹木建模與動畫技術(shù)[D];浙江大學(xué);2018年

3 程學(xué)旗;信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與內(nèi)容相關(guān)性研究[D];中國科學(xué)院研究生院（計算技術(shù)研究所）;2006年

4 張文波;Internet宏觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的生命特征研究[D];東北大學(xué);2006年

5 鄧樹升;可變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的非結(jié)構(gòu)動網(wǎng)格生成技術(shù)研究及其應(yīng)用[D];南京理工大學(xué);2013年

6 陳自郁;粒子群優(yōu)化的鄰居拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和算法改進(jìn)研究[D];重慶大學(xué);2009年

7 張青;微米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建及其用于骨和軟骨修復(fù)的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

8 董立靜;變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下多智能體系統(tǒng)的追蹤問題[D];北京理工大學(xué);2016年

9 羅桂蘭;嵌入式互聯(lián)網(wǎng)宏觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及統(tǒng)計時間特征研究[D];東北大學(xué);2009年

10 劉江南;基于創(chuàng)新技法的機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)若干問題研究[D];湖南大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 熊紫陽;擁擠試劑和滲透劑對不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類彈性蛋白相變特性的影響[D];華僑大學(xué);2018年

2 王罡;機(jī)器人機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)自動分析及其程序?qū)崿F(xiàn)[D];南昌大學(xué);2018年

3 何芳君;量子網(wǎng)絡(luò)同步和參數(shù)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)識別的研究[D];遼寧師范大學(xué);2018年

4 劉冬;模塊級聯(lián)固態(tài)變壓器拓?fù)浞治雠c控制策略研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2018年

5 江萍萍;互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析工具的設(shè)計與實現(xiàn)[D];東北大學(xué);2015年

6 張成良;基于雙邊LCC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的抗偏移靜態(tài)無線充電系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

7 趙凱;基于WDM-PON的移動前傳系統(tǒng)研究[D];蘭州交通大學(xué);2018年

8 田淵;幾種異孔共價有機(jī)框架的構(gòu)筑及其性質(zhì)研究[D];湖南大學(xué);2017年

9 李俊;一種新型直流串聯(lián)風(fēng)機(jī)并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制策略[D];湖南大學(xué);2017年

10 孫靜;信號完整性中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化及仿真的研究[D];湖南大學(xué);2017年

本文編號：2845746