本文選題：鈦植入體 + 表面改性　； 參考：《山東大學(xué)》2013年博士論文

【摘要】：生物醫(yī)用材料,是用于取代、修復(fù)活組織的天然或人造材料。生物醫(yī)用材料與延長(zhǎng)人類壽命和提高生活質(zhì)量息息相關(guān),因而生物材料領(lǐng)域越來(lái)越受到重視。近年來(lái),材料學(xué)和生物學(xué)的研究進(jìn)展為生物醫(yī)用材料的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。而隨著全球人口老齡化進(jìn)程的加速、人類對(duì)健康和長(zhǎng)壽的追求、運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷的增多、疑難病患者的增加和需要替換組織的病人年齡降低等現(xiàn)象都對(duì)生物材料提出了非常大的需求。目前,不僅植入手術(shù)增加,植入后的修復(fù)手術(shù)也隨之增加。修復(fù)手術(shù)給患者造成了疼痛,并且造價(jià)高成功率低,這就對(duì)生物材料提出了更高的要求。 生物醫(yī)用鈦材料由于其良好的力學(xué)性能、低彈性模量、易加工性、抗腐蝕性和生物相容性被廣泛應(yīng)用作人工骨、人工關(guān)節(jié)、骨釘、牙種植體等硬組織替代材料和心臟瓣膜、血管支架等血管材料。但是,鈦及其合金本身存在著生物惰性的缺點(diǎn),使其植入體內(nèi)與周圍組織的結(jié)合僅僅是簡(jiǎn)單的機(jī)械鎖合,不能形成良好的鍵合作用。因而鈦植入體往往被纖維組織所包裹而與宿主組織隔離開來(lái),長(zhǎng)此以往會(huì)引起血栓從而導(dǎo)致植入體的失敗。目前主要的解決方法是在植入體表面形成磷灰石,形成骨性結(jié)合。但這種方法也存在著致命的缺點(diǎn)就是與鈦基體的結(jié)合力弱,容易造成脫落。而其他物理方法包括離子注入,熱噴涂等方法也存在著造價(jià)昂貴的問題。另外,在外科手術(shù)中,細(xì)菌感染是臨床上面臨的棘手問題。全面的消毒和嚴(yán)格的無(wú)菌操作條例等措施下,術(shù)后感染經(jīng)常發(fā)生。嚴(yán)重的感染會(huì)延長(zhǎng)住院時(shí)間、增加患者的病痛和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)等一系列問題。臨床上主要的解決途徑是抗生素注射的方法,而抗生素抗菌具有特異性,需要長(zhǎng)期注射而且會(huì)引發(fā)抗藥細(xì)菌株。 植入體表面微納米結(jié)構(gòu)通過對(duì)絡(luò)氨酸激酶活性,胞內(nèi)信號(hào)通路的調(diào)節(jié)來(lái)控制轉(zhuǎn)錄活性和基因表達(dá)影響細(xì)胞的貼壁、形態(tài)、排列、粘附、遷移、增殖、分化和骨架組裝；鈣鎂離子在骨代謝中扮演著重要角色；氧化石墨烯和還原氧化石墨烯對(duì)蛋白和生長(zhǎng)因子的富集作用可以調(diào)控細(xì)胞分化；納米銀具備有效的抑制多種細(xì)菌、真菌和病毒的特性。 基于以上問題,本論文提出在鈦表面原位構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)活化鈦表面；通過載入促進(jìn)細(xì)胞成骨分化的離子Ca2+和Mg2+定向調(diào)控干細(xì)胞命運(yùn)；而氧化石墨烯和還原氧化石墨烯組裝在具有鈦酸鈉納米結(jié)構(gòu)的鈦表面構(gòu)建復(fù)合納米材料改善生物學(xué)功能；在鈦酸鈉納米結(jié)構(gòu)上載入Ag+并還原得到Ag納米顆粒原位制備兼?zhèn)湟志蜕锵嗳菪缘拟佒踩塍w材料,具體包括如下工作： 1.鈦表面納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及其生物學(xué)性能。 利用堿-水熱的方法通過調(diào)節(jié)反應(yīng)條件在醫(yī)用金屬鈦表面原位構(gòu)建了納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和納米管結(jié)構(gòu)的單斜鈦酸鈉Na2Ti307;通過靜滴法測(cè)量了超純水在三組樣品,包括拋光的純鈦片、鈦酸鈉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和納米管結(jié)構(gòu)上的接觸角,并對(duì)三組樣品表面的親疏水性能比較,探討了表面納米結(jié)構(gòu)對(duì)前成骨細(xì)胞(MC3T3-E1)行為的影響；細(xì)胞增殖、細(xì)胞骨架染色和堿性磷酸酶活性測(cè)試得到的結(jié)果可以看出：鈦酸鈉納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠促進(jìn)細(xì)胞的貼壁、鋪展、遷移和增殖,特別是在成骨誘導(dǎo)因子的協(xié)同作用下更加明顯。而納米管結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉與之相比,更能促進(jìn)細(xì)胞的成骨分化；鈦酸鈉納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建為后續(xù)工作奠定了基礎(chǔ)。 2.鈦表面構(gòu)建不同離子的鈦酸鹽納米結(jié)構(gòu),調(diào)控干細(xì)胞的命運(yùn)。 通過簡(jiǎn)單的水熱技術(shù)和隨后的離子交換過程制備了Na+-鈦酸鹽,Mg2+-鈦酸鹽和Ca2+-鈦酸鹽等不同離子的鈦酸鹽納米結(jié)構(gòu)。鈦片浸沒在MgCl2和CaCl2溶液中后NazTi3O7納米結(jié)構(gòu)中的Na+被完全取代。這種方法改變了用于細(xì)胞培養(yǎng)的鈦植入體表面的化學(xué)環(huán)境,如鈦酸鹽納米結(jié)構(gòu)中無(wú)機(jī)陽(yáng)離子的種類和數(shù)量,從而調(diào)控間充質(zhì)干細(xì)胞的命運(yùn),包括貼壁,增殖和分化。與Na+-鈦酸鹽的樣品相比,Mg2+-鈦酸鹽和Ca2+-鈦酸鹽的鈦酸鹽納米結(jié)構(gòu)樣品均能促進(jìn)細(xì)胞的增殖和成骨分化。但是過量的離子會(huì)抑制細(xì)胞活動(dòng)。Ca2+-鈦酸鹽比Mg2+-鈦酸鹽在促進(jìn)細(xì)胞分化方面更具有優(yōu)勢(shì)。 3.在含鈦酸鈉納米結(jié)構(gòu)的鈦表面組裝氧化石墨烯(GO)和還原氧化石墨烯(rGO)進(jìn)行表面改性并研究其生物學(xué)性能。 構(gòu)建氧化石墨烯和還原氧化石墨烯功能化的鈦表面材料"GO-Ti"和'rGO-Ti"。具體方法是：首先通過堿-水熱處理得到了利于細(xì)胞活動(dòng)的鈦酸鈉的納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；而結(jié)構(gòu)中所含的Ti-O可以與偶聯(lián)劑3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)結(jié)合，，然后組裝GO得到'GO-Ti";隨后通過聯(lián)氨原位還原"GO-Ti"表面的GO得到"rGO-Ti"。通過Raman, XPS和SEM確定了功能化的鈦表面成分分別為氧化石墨烯(GO)和還原氧化石墨烯(rGO)；另外也證實(shí)了鈦表面組裝GO和rGO后改變了接觸角,從而影響了材料表面的生物學(xué)功能；蛋白吸附實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)了GO和rGO的功能化使得鈦表面對(duì)蛋白分子和細(xì)胞生長(zhǎng)因子具有明顯的富集作用,特別是GO中的含氧基團(tuán)的輔助作用,使其具備了調(diào)控鈦表面的生物學(xué)功能和細(xì)胞的增殖和分化能力；在鈦表面組裝石墨烯的工作具有開創(chuàng)性,而且有效的調(diào)控了細(xì)胞行為,包括貼壁、鋪展、增殖和分化等。 4.鈦表面原位構(gòu)建具有抑菌性能和生物相容性的鈦酸／銀納米顆粒／鈦酸的三明治納米結(jié)構(gòu)。 在Ti植入體表面成功原位構(gòu)建了鈦酸-銀納米顆粒-鈦酸的三明治納米結(jié)構(gòu)。首先通過堿水熱反應(yīng)在Ti片表面合成鈦酸鈉納米結(jié)構(gòu)；接著在硝酸銀溶液中Ti片表面上鈦酸鈉納米結(jié)構(gòu)中的Na+離子被溶液中的Ag+離子取代；最后在葡萄糖溶液中Ag+被還原為Ag納米顆粒。三明治結(jié)構(gòu)上的銀納米顆粒鑲嵌在鈦酸鹽納米結(jié)構(gòu)的片層結(jié)構(gòu)之間,尺寸和含量隨著硝酸銀溶液和葡萄糖濃度的增加而增加。與未被葡萄糖還原的樣品中Ag+離子的爆發(fā)式釋放相比,還原后得到的三明治結(jié)構(gòu)中對(duì)Ag+的釋放起到了緩釋作用,實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的持續(xù)釋放過程,因而提高了抑菌效果。確定了在0.01mmol/L的硝酸銀溶液中離子交換的樣品為最優(yōu)選擇具有高達(dá)99.99%的抑菌率和良好的生物相容性。目前的研究工作證實(shí)了鈦酸-銀納米顆粒-鈦酸的三明治納米結(jié)構(gòu)具有抑菌性能和細(xì)胞相容性的雙重功能。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TB383.1;R318.08

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1752866