發(fā)布時間：2018-06-24 19:05

  本文選題：表面改性 + 納米形貌　； 參考：《山東大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：目的:金屬鈦(titanium,Ti)因具備良好的機(jī)械強(qiáng)度和生物相容性而在種植外科領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,然而其較差的骨結(jié)合能力和種植體周圍感染仍是引起種植體失敗的主要誘因。近年來,眾多研究者致力于Ti種植體表面改性方面的研究以改善Ti表面的生物成骨活性及抗感染能力,最終提升種植體的成功率。納米二氧化鈦(TiO_2)因其良好的生物相容性和穩(wěn)定的理化性質(zhì)而在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,其中,在種植體表面改性領(lǐng)域,納米顆粒、納米管等多種納米TiO_2結(jié)構(gòu)亦受到廣泛的關(guān)注和研究。本研究擬在Ti表面制備一種有序排列的TiO_2納米棒微陣列(TiO_2 nanorod arrays,TNRs),研究該納米結(jié)構(gòu)對人牙周膜干細(xì)胞(human Periodontal ligament cells,hPDLSCs)粘附、增殖和成骨分化的影響,以發(fā)掘出一種全新的種植體表面改性手段。方法:以水熱反應(yīng)和燒結(jié)方法在純Ti片表面制備TNRs結(jié)構(gòu),拋光的Ti試樣為對照組。通過掃描電鏡(scanning electron microscope,SEM)、透射電鏡(transmission electron microscope,TEM)、X 射線衍射(X-ray diffractometer,XRD)、原子力顯微鏡(atomic force microscope,AFM)、接觸角測量及蛋白吸附等方法觀察TNRs表面形貌、晶體構(gòu)造、粗糙度及親水性質(zhì);將hPDLSCs接種至Ti和TNRs兩種試樣表面,通過 4,6-二脒基-2-苯基吲哚(4',6-diamidino-2-phenylindole,DAPI)染色細(xì)胞核以計算試樣表面吸附的細(xì)胞數(shù)量,評價hPDLSCs在兩種試樣表面的早期粘附能力;通過細(xì)胞活力檢測試劑盒(cell-counting kit-8,CCK8)比較hPDLSCs在兩種試樣表面的增殖活性;通過SEM和激光共聚焦顯微鏡(Confocal Laser Scanning Microscope,CLSM)觀察hPDLSCs在兩種試樣表面的細(xì)胞形態(tài);經(jīng)成骨誘導(dǎo)14 d后,通過骨架染色和聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)對細(xì)胞骨架蛋白(F-actin)進(jìn)行檢測;經(jīng)成骨誘導(dǎo)7,14,21d后,通過堿性磷酸酶(Alkaline phosphatase,ALP)試劑盒、茜素紅染色、氯化十六烷吡啶(cetylpyridinium chloride,CPC)比色法、qRT-PCR和免疫印跡試驗(yàn)(Western blot)評價hPDLSCs在兩種試樣表面的成骨分化能力。結(jié)果:SEM及TEM的結(jié)果顯示,在Ti片上合成整齊有序的直徑約100nm的TiO_2納米棒;XRD結(jié)果顯示,TNRs為典型的金紅石晶型;AFM的結(jié)果顯示,TNRs試樣的表面粗糙度高于Ti試樣(P0.01);接觸角測量及蛋白吸附實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示TNRs試樣表面的親水性和蛋白吸附能力也優(yōu)于對照組Ti(P0.05);早期粘附實(shí)驗(yàn)顯示,接種24h后在TNRs試樣表面的hPDLSCs粘附數(shù)量明顯多于Ti試樣(P0.05),TNRs可以促進(jìn)hPDLSCs的早期粘附;CCK-8結(jié)果顯示,TNRs試樣上的hPDLSCs增殖能力明顯優(yōu)于Ti試樣(P0.05),TNRs可以促進(jìn)hPDLSCs的增殖能力;SEM及CLSM觀察顯示,TNRs試樣表面的hPDLSCs較Ti表面相比,細(xì)胞骨架呈多角形,形態(tài)更為伸展;經(jīng)成骨誘導(dǎo)14d后,TNRs試樣上的hPDLSCs細(xì)胞骨架肌動蛋白F-actin的基因表達(dá)水平顯著高于Ti試樣(P0.05);經(jīng)成骨誘導(dǎo)7,14,21d后,TNRs試樣表面hPDLSCs的較Ti組表現(xiàn)出更高的ALP活性及更多的鈣鹽沉積、鈣結(jié)節(jié)生成(P0.05),同時,成骨相關(guān)指標(biāo)ALP、Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子 2(runt related transcription factor 2,Runx2)、骨橋蛋白(osteopontin,OPN)在基因和蛋白水平上相較Ti組均有顯著增高(P0.05)。結(jié)論:以水熱反應(yīng)在Ti基質(zhì)表面合成的TNRs納米結(jié)構(gòu)具有良好的生物相容性,有利于hPDLSCs的粘附和增殖,對hPDLSCs的成骨分化有顯著的促進(jìn)作用,有望提高Ti種植體表面的成骨活性,成為一種全新的種植體改性方法。
[Abstract]:Objective: titanium (Ti) is widely used in the field of implant surgery for its good mechanical strength and biocompatibility. However, its poor bone binding ability and periimplant infection are still the main causes of implant failure. In recent years, many researchers have devoted to the study of the surface modification of Ti implants. The biological osteogenesis and anti infection ability of the good Ti surface will eventually improve the success rate of the implant. Nano titanium dioxide (TiO_2) has a broad application prospect in the biomedical field because of its good biocompatibility and stable physicochemical properties. In the field of surface modification of the implant, nano particles, nanotube and other nano TiO_2 junctions are used. This study intends to prepare an ordered array of TiO_2 nanorod microarrays (TiO_2 nanorod arrays, TNRs) on the Ti surface to study the effect of the nanostructure on the adhesion, proliferation and osteogenic differentiation of human periodontal membrane stem cells (human Periodontal ligament cells, hPDLSCs), in order to discover a new implant. Method of surface modification. Method: the TNRs structure was prepared on the surface of pure Ti by hydrothermal reaction and sintering. The polished Ti sample was the control group. Through scanning electron microscope (scanning electron microscope, SEM), transmission electron microscope (transmission electron microscope, TEM), X ray diffraction, atomic force microscopy CROSCOPE, AFM), contact angle measurement and protein adsorption and other methods to observe the surface morphology, crystal structure, roughness and hydrophilic properties of TNRs. HPDLSCs was inoculated to the surface of two samples of Ti and TNRs, and the number of cells adsorbed on the surface of the specimen by 4,6- two amid -2- phenyl indole (4', 6-diamidino-2-phenylindole, DAPI) was used to evaluate the number of cells adsorbed on the surface of the specimen and to evaluate the hPD. The early adhesion ability of LSCs on the surface of two samples; the proliferation activity of hPDLSCs on the surface of the two samples was compared by the cell viability test kit (cell-counting kit-8, CCK8); the cell morphology of the two specimen surfaces was observed by SEM and laser confocal microscopy (Confocal Laser Scanning Microscope, CLSM); and 1 was induced by osteogenesis. After 4 D, cytoskeleton protein (F-actin) was detected by cytoskeleton staining and polymerase chain reaction (quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR). After osteogenesis, 7,14,21d was induced by alkaline phosphatase (Alkaline phosphatase, ALP), alizarin red staining, and chlorinated sixteen alkyl pyridine. C) the osteogenic differentiation ability of hPDLSCs on the surface of two samples was evaluated by colorimetric method, qRT-PCR and Western blot. Results: the results of SEM and TEM showed that the orderly and orderly TiO_2 nanorods with a diameter of approximately 100nm were synthesized on Ti tablets; XRD results showed that TNRs was a typical rutile crystal. The results showed that the surface of the specimen was rough. The results of the contact angle measurement and protein adsorption experiment showed that the surface hydrophilicity and protein adsorption capacity of TNRs samples were also better than that of the control group Ti (P0.05). The early adhesion experiment showed that the adhesion of hPDLSCs on the surface of TNRs samples after 24h was significantly higher than that of Ti sample (P0.05), and TNRs could promote the early adhesion of the hPDLSCs. The CK-8 results showed that the proliferation ability of hPDLSCs on the TNRs sample was significantly better than that of Ti (P0.05), and TNRs could promote the proliferation of hPDLSCs. The SEM and CLSM observed that the hPDLSCs on the surface of the TNRs specimen was polygonal and more extended than the Ti surface. The gene expression level of F-actin was significantly higher than that of Ti sample (P0.05); after 7,14,21d induced by osteogenesis, the Ti group on the TNRs surface hPDLSCs showed higher ALP activity and more calcium salt deposition, calcium nodule formation (P0.05), and the osteogenic correlation index ALP, Runt related transcription factor 2, bone bridge egg White (osteopontin, OPN) at the level of gene and protein was significantly higher than that of the Ti group (P0.05). Conclusion: the TNRs nanostructures synthesized on the surface of the Ti matrix with hydrothermal reaction have good biocompatibility, which is beneficial to the adhesion and proliferation of hPDLSCs, and has a significant promoting effect on the osteogenic differentiation of hPDLSCs, and is expected to improve the formation of Ti implant surface. Bone activity has become a new method of plant modification.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：R783.6

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本文編號：2062608