【摘要】：生物功能化涂層是活化金屬植入體表面,調控其與細胞/組織之間相互作用,加快骨性鍵合的骨整合的最佳方式。然而,涂層生物學功能的合理設計,涂層可控制備的有效實現(xiàn),則是新一代生物功能化涂層研究的挑戰(zhàn)。本工作從影響細胞生長的關鍵因素出發(fā),根據骨整合過程中植入體所需具備的生物學功能對涂層進行設計,以細胞外基質主元膠原為涂層主要成分,通過電化學沉積技術,分別形成具有蛋白緩釋性、高細胞親和性、磁助力學刺激性等生物功能化膠原涂層。為此,開展了相應的涂層制備、表征、細胞生物學評價和調控作用機制分析等研究,主要取得了以下4方面的研究成果:1.膠原涂層的電化學可控制備技術在恒壓原位共沉積技術中,通過控制電解液中BSA的含量、電解液組元添加順序和沉積電壓,原位共沉積出礦化程度不同、BSA含量可控(17-173 ng/cm2)的BSA/膠原復合涂層。在變壓沉積技術中,通過對沉積電壓的程序化設定(沉積段數(shù)1-7段),正負電壓交替沉積的方式,可形成強弱礦化層(1-4)交替變化的膠原涂層、以及納米四氧化三鐵磁性顆粒(IOPs)嵌入位置(里層分布、外層分布、均勻分布)變化的磁化膠原涂層。與恒壓沉積法相比,變壓沉積所得涂層整體礦化程度減弱,涂層的結合強度有所提高(1.25倍)。同時得到了磁化程度(Ms=0-7.303 emu/g)可控的磁性膠原涂層。在磁助沉積技術中,通過磁化膠原纖維沉積過程、涂層干燥過程中施加外磁場,可形成膠原纖維取向度可控(傅里葉轉換后長徑比1.1-8.3)和纖維直徑為300 nm-2 μm的膠原涂層。因此,選擇合適電化學沉積方式,可實現(xiàn)所需膠原涂層組成、微結構和組元空間分布等方面的可控制備。2.蛋白緩釋性膠原涂層承載物在膠原涂層中的分布會影響其釋放行為,延長承載物在涂層中的擴散路徑可有效抑制其爆釋現(xiàn)象。利用BSA等電點比膠原小的特點,采用恒壓原位共沉積法,可控地將BSA處于底層分布,在形成的BSA/膠原復合涂層中延長了BSA釋放時的擴散距離,調整其釋放行為呈先慢后快的兩段式緩慢釋放特性。在無血清培養(yǎng)下,復合涂層相比于膠原涂層能夠表現(xiàn)出更好的促進細胞增殖效能,主要是BSA的釋放為細胞提供了大量營養(yǎng),促進了細胞的增殖。3.高細胞親和性膠原涂層膠原涂層表面的膠原暴露出更多與細胞結合的位點以及膠原纖維取向化,則可有效提高涂層與細胞的親和性。依據膠原在電化學沉積時其帶電特性的變化,采用沉積過程電壓極性的控制,獲得了合理厚度、結合強度的表面低礦化膠原層,增加了與細胞粘附相關位點的暴露,增強引導細胞在涂層表面更好地鋪展,有效提高了涂層細胞親和性(1.6倍)。利用磁化膠原纖維在溶液中可被外磁場作用呈拉伸狀態(tài),采用磁助法可控地獲得了表面低礦化并取向排列的膠原涂層,接觸引導效應使細胞在其表面也呈高度定向列,骨架發(fā)育更加豐滿,具有更好的鋪展狀態(tài),表現(xiàn)出更高的粘附和增殖量,進一步提高細胞和膠原涂層的親和性(1.7倍)。4.磁助力學刺激性膠原涂層膠原涂層具有水凝膠的可變形特性,如細胞能感受到這種變形趨勢,就會對細胞產生力學刺激作用,可有效促進細胞成骨分化和骨組織形成效能。采用納米磁性顆粒磁化膠原纖維,通過變壓法控制磁性顆粒在涂層中的量和空間分布,調控磁致力學刺激的程度;通過磁助沉積法控制涂層中膠原纖維的取向,調控外磁場方向作用程度。當磁場作用于磁化膠原涂層時,生長的細胞的成骨分化能力明顯增強,說明細胞可以感知到磁致涂層形變產生的力學刺激并作出響應。力學刺激的程度與涂層中的磁性顆粒含量有關,當沉積液中磁性顆粒和膠原的比為0.67時,涂層顯示出最佳的磁致力學刺激細胞促成骨分化能力。磁性顆粒處于涂層表層,則可進一步增強其力學刺激,顯著促進細胞的成骨分化。在磁化取向膠原涂層上,細胞沿著膠原纖維呈取向生長,當磁場方向與膠原取向一致(0°)時,磁致力學刺激產生促進細胞成骨分化作用最強,若磁場方向與膠原取向垂直(90°)時,磁致力學刺激則會產生一定程度抑制細胞成骨分化的作用。
【圖文】：

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體和骨姐織之間的結合強度。另外還有部分化學加工方法也可以改變表面粗糙度，逡逑比如酸堿處理，電化學腐蝕等［３３＿３６１。逡逑＿逡逑圖１．３噴砂處理的鈦基板的ＳＥＭ圖片逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋ＳＥＭ邋ｉｍａｇｅ邋ｏｆ邋Ｔｉ邋ｓｕｂｓｔｒａｔｅ邋ａｆｔｅｒ邋ｓａｎｄ－ｂｌａｓｔｉｎｇ．逡逑４逡逑
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG174.4;R318.08

【參考文獻】

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1 廖乃順;陳文列;黃云梅;陳賽楠;;成骨細胞與破骨細胞共培養(yǎng)及其應用研究進展[J];中國骨傷;2013年04期

本文編號：2596578