生物材料與細(xì)胞的相互作用在細(xì)胞行為/組織形成上扮演了關(guān)鍵作用,而材料的表面電勢(shì)是影響它們相互作用的重要因素之一。構(gòu)建適合細(xì)胞/組織生長的表面電勢(shì)微環(huán)境,是促進(jìn)骨組織形成和骨整合的有效手段。然而,如何合理采用表面電勢(shì)及其變化契合細(xì)胞生長需求,仍是當(dāng)前生物材料研究的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。本論文以材料表面電勢(shì)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)變化角度,揭示材料表面電勢(shì)對(duì)細(xì)胞行為的影響和作用機(jī)制。采用具有優(yōu)良生物兼容性和鐵電性的聚偏氟乙烯三氟乙烯聚合物(P(VDF-TrFE)),通過電極化處理實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的表面電勢(shì)靜態(tài)調(diào)制。在P(VDF-TrFE)中引入磁致伸縮性的鐵酸鈷(CoFe2O4)納米顆粒,通過外磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)可控的表面電勢(shì)動(dòng)態(tài)調(diào)制。在此基礎(chǔ)上,開展了表面電勢(shì)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)變化對(duì)細(xì)胞行為(粘附、增殖、分化和礦化)的影響,探討了靜態(tài)與動(dòng)態(tài)表面電勢(shì)介導(dǎo)的材料-細(xì)胞相互作用機(jī)理。主要取得了如下3方面的研究結(jié)果:1.P(VDF-TrFE)基薄膜制備及其表面電勢(shì)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)調(diào)制采用溶液澆鑄法在Ti基板上制備了 P(VDF-TrFE)鐵電薄膜,并通過接觸極化法對(duì)所制得的P(VDF-TrFE)薄膜進(jìn)行極化�？刂茦O化電場(chǎng)強(qiáng)度,獲得表面電勢(shì)變化范圍寬...

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摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 材料表面與細(xì)胞的相互作用
        1.2.1 結(jié)構(gòu)特性的影響
        1.2.2 化學(xué)特性的影響
        1.2.3 物理特性的影響
    1.3 材料表面電勢(shì)對(duì)細(xì)胞生長行為的影響研究
        1.3.1 對(duì)細(xì)胞粘附和增殖的影響
        1.3.2 對(duì)細(xì)胞成骨分化的影響
        1.3.3 對(duì)細(xì)胞成骨分化的機(jī)制研究
    1.4 P(VDF-TrFE)材料及其生物學(xué)效應(yīng)
        1.4.1 P(VDF-TrFE)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用
        1.4.2 P(VDF-TrFE)的表面電勢(shì)構(gòu)建
        1.4.3 P(VDF-TrFE)表面電勢(shì)與細(xì)胞相互作用的研究
    1.5 研究意義和內(nèi)容
第二章 實(shí)驗(yàn)及表征方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)原料與設(shè)備
    2.2 實(shí)驗(yàn)方法
        2.2.1 鈦基底的清洗
        2.2.2 P(VDF-TrFE)薄膜的制備
        2.2.3 CFO/P(VDF-TrFE)磁電薄膜的制備
    2.3 材料學(xué)表征
        2.3.1 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.3.2 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.3.3 掃描探針顯微鏡(SPM)
        2.3.4 X射線衍射儀(XRD)
        2.3.5 傅里葉變換紅外光譜學(xué)(FTIR)
        2.3.6 X射線光電子能譜儀(XPS)
        2.3.7 壓電系數(shù)測(cè)量儀(d₃₃儀)
        2.3.8 振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)
        2.3.9 磁電測(cè)量系統(tǒng)
    2.4 生物學(xué)評(píng)價(jià)
        2.4.1 蛋白吸附及構(gòu)象
        2.4.2 細(xì)胞粘附和增殖
        2.4.3 細(xì)胞形態(tài)
        2.4.4 細(xì)胞分化
            2.4.4.1 堿性磷酸酶(ALP)活性
            2.4.4.2 Ⅰ型膠原的(Col-Ⅰ)分泌
            2.4.4.3 骨鈣素(OCN)分泌
        2.4.5 實(shí)時(shí)-聚合酶鏈反應(yīng)(rt-PCR)
        2.4.6 細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)礦化
        2.4.7 蛋白免疫印跡(Western blotting)
    2.5 分子動(dòng)力學(xué)模擬
        2.5.1 系統(tǒng)模型的建立
        2.5.2 系統(tǒng)模型的優(yōu)化及運(yùn)算
第三章 P(VDF-TrFE)基功能薄膜的制備及其表面電勢(shì)的調(diào)制
    3.1 P(VDF-TrFE)薄膜的制備及其表面電勢(shì)的靜態(tài)調(diào)制
        3.1.1 薄膜制備與極化
        3.1.2 薄膜材料學(xué)表征
            3.1.2.1 表面形貌
            3.1.2.2 表面粗糙度
            3.1.2.3 晶相結(jié)構(gòu)
            3.1.2.4 紅外光譜
            3.1.2.5 表面成分
        3.1.3 薄膜表面電勢(shì)的靜態(tài)調(diào)制
            3.1.3.1 調(diào)制壓電系數(shù)
            3.1.3.2 調(diào)制靜態(tài)表面電勢(shì)
            3.1.3.3 靜態(tài)表面電勢(shì)穩(wěn)定性
    3.2 CFO/P(VDF-TrFE)磁電薄膜的制備及其表面電勢(shì)的動(dòng)態(tài)調(diào)制
        3.2.1 薄膜制備和極化
        3.2.2 CFO摻入量對(duì)薄膜材料學(xué)特性的影響
            3.2.2.1 表面形貌
            3.2.2.2 顆粒的分布
            3.2.2.3 晶相結(jié)構(gòu)
            3.2.2.4 磁電耦合性能
        3.2.3 10%CFO含量薄膜的材料學(xué)表征
            3.2.3.1 表面形貌
            3.2.3.2 表面粗糙度
            3.2.3.3 元素組成及分布
            3.2.3.4 表面成分
            3.2.3.5 晶相結(jié)構(gòu)
            3.2.3.6 紅外光譜
        3.2.4 10%CFO含量薄膜表面電勢(shì)的動(dòng)態(tài)調(diào)制
            3.2.4.1 壓電性能
            3.2.4.2 磁響應(yīng)性
            3.2.4.3 調(diào)制動(dòng)態(tài)表面電勢(shì)
    3.3 本章小結(jié)
第四章 靜態(tài)表面電勢(shì)與前成骨細(xì)胞相互作用的評(píng)價(jià)和分析
    4.1 表面電勢(shì)對(duì)細(xì)胞生長行為的影響
        4.1.1 細(xì)胞的粘附和增殖
        4.1.2 細(xì)胞形貌和鋪展
        4.1.3 細(xì)胞的成骨分化
            4.1.3.1 ALP活性
            4.1.3.2 Collagen-Ⅰ分泌
            4.1.3.3 OCN分泌
            4.1.3.4 礦化能力
            4.1.3.5 成骨相關(guān)基因表達(dá)
    4.2 表面電勢(shì)對(duì)纖連蛋白吸附狀態(tài)的影響
        4.2.1 吸附密度
        4.2.2 吸附構(gòu)型
            4.2.2.1 綁定活性
            4.2.2.2 MD模擬
    4.3 表面電勢(shì)對(duì)細(xì)胞成骨分化的作用機(jī)制
        4.3.1 對(duì)細(xì)胞整合素表達(dá)影響
        4.3.2 對(duì)整合素介導(dǎo)的成骨分化信號(hào)通路的影響
        4.3.3 作用機(jī)制分析
    4.4 本章小結(jié)
第五章 動(dòng)態(tài)磁致表面電勢(shì)與前成骨細(xì)胞相互作用的評(píng)價(jià)和分析
    5.1 磁致表面電勢(shì)對(duì)細(xì)胞生長行為的影響
        5.1.1 磁致表面電勢(shì)對(duì)細(xì)胞生長行為的影響
        5.1.2 磁致表面電勢(shì)對(duì)單個(gè)生長階段的影響
        5.1.3 磁致表面電勢(shì)動(dòng)態(tài)變化對(duì)細(xì)胞形貌的影響
        5.1.4 磁致表面電勢(shì)動(dòng)態(tài)變化對(duì)細(xì)胞成骨分化的影響
            5.1.4.1 ALP活性
            5.1.4.2 成骨基因表達(dá)
    5.2 磁致表面電勢(shì)動(dòng)態(tài)變化對(duì)纖連蛋白吸附狀態(tài)的影響
        5.2.1 吸附密度
        5.2.2 吸附構(gòu)型
            5.2.2.1 綁定活性
            5.2.2.2 MD模擬
    5.3 磁致表面電勢(shì)動(dòng)態(tài)變化對(duì)細(xì)胞成骨分化的作用機(jī)制
        5.3.1 對(duì)細(xì)胞整合素表達(dá)影響
        5.3.2 對(duì)整合素介導(dǎo)的成骨分化信號(hào)通路的影響
        5.3.3 作用機(jī)制分析
    5.4 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
個(gè)人簡歷
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果



本文編號(hào)：3885410