本文關(guān)鍵詞：純鈦表面納米金剛石薄膜涂層的制備及生物性能的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：背景與目的:隨著當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)生了巨大的變化,在口腔修復(fù)學(xué)領(lǐng)域,牙列缺損和牙列缺失的修復(fù)治療方法,也得到了有效發(fā)展。較傳統(tǒng)的固定義齒和活動(dòng)義齒相比,種植義齒作為人類的“第三副牙齒”,具有更好的穩(wěn)定性,舒適度,不損傷口腔內(nèi)健康組織等優(yōu)點(diǎn),得到口腔醫(yī)生和患者的強(qiáng)烈認(rèn)可。目前,口腔種植體材料,應(yīng)用最多的就是鈦或鈦合金,該材料具有良好的生物相容性,抗腐蝕性和力學(xué)性能而廣受關(guān)注。但是鈦金屬仍有一些不足之處,如具有生物惰性,不具有骨誘導(dǎo)能力;會(huì)向周圍組織中釋放金屬離子等。因此,純鈦種植體材料表面進(jìn)行生物、理化改性,提高其生物活性是當(dāng)前生物植入性材料的研究熱點(diǎn)。植入性材料進(jìn)行生物改性的方法主要是對(duì)植入材料表面添加生物活性涂層,改善植入材料的彈性模量,表面的潤濕性,表面能等因素,促進(jìn)骨結(jié)合。納米金剛石(Nanocrystalline Diamond,NCD)薄膜具有良好的耐磨、耐腐蝕性,化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性;可與各種基底面能達(dá)到較高的結(jié)合強(qiáng)度;納米顆粒的尺寸效應(yīng),具有較高的表面活性;表面的碳元素易于氫,氧,羥基,羧基等基團(tuán)通過化學(xué)鍵形成穩(wěn)定的終止表面,可通過物理吸附作用吸附各類蛋白等優(yōu)勢(shì),因此備受關(guān)注。本課題采用微波等離子體化學(xué)氣相沉積(Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition,MPCVD)的方法,在商業(yè)純鈦表面合成NCD薄膜,實(shí)驗(yàn)中通過掃描電子顯微鏡,X射線衍射,X射線光電子能譜,接觸角等技術(shù)表征納米金剛石薄膜的理化性質(zhì),粒徑大小以及親疏水性,并對(duì)人骨肉瘤細(xì)胞MG63細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng),觀察覆蓋納米金剛石薄膜的鈦片對(duì)細(xì)胞粘附增殖及成骨向分化的影響,為研究具有生物活性的植入體材料提供依據(jù)。實(shí)驗(yàn)與方法:一、NCD薄膜的制備經(jīng)MPCVD方法在商業(yè)純鈦表面制備NCD薄膜,即為氫終端的納米金剛石薄膜(NCD-h),將上述得到的金剛石薄膜進(jìn)行熱處理后,即得到終端為含氧基團(tuán)的納米金剛石薄膜(NCD-o)。二、NCD薄膜理化性能的評(píng)估1、利用掃描電子顯微鏡及光譜儀觀察表面形貌及元素含量分析2、利用x射線光電子能譜對(duì)金剛石薄膜表面進(jìn)行元素分析3、X射線衍射對(duì)金剛石粒徑大小評(píng)估4、接觸角儀器對(duì)材料潤濕性檢測(cè)三、生物性能評(píng)估1、CCK-8檢測(cè)薄膜的細(xì)胞毒性2、DAPI染色,觀察細(xì)胞的粘附情況3、掃描電鏡觀察細(xì)胞的粘附形態(tài)4、CCK-8檢測(cè)細(xì)胞的增殖情況5、堿性磷酸酶活力檢測(cè)結(jié)果:一、理化性能檢測(cè)1、掃描電鏡及光譜分析30min組的金剛石顆粒大小均勻,且聚集成核,核與核之間相互連接成膜,薄膜厚度均一一致的覆蓋在鈦片表面,粒徑大小在20-250nm之間;10min組,金剛石粒徑大小尚均勻,但核與核之間有間隙,薄膜成形不完善;60min組,金剛石粒徑能均勻密實(shí)的覆蓋在基底表面,但有核-核相互重疊的現(xiàn)象且粒徑大小不均,大的晶粒已有幾微米甚至十幾微米。因此選定30min組作為實(shí)驗(yàn)組。光譜分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),該合成的金剛石薄膜表面的化學(xué)元素幾乎全部為碳元素,其原子百分?jǐn)?shù)AT%為95.27%,表面尚含有極少量的氧元素。2、X射線光電子能譜氧終端金剛石薄膜組有兩個(gè)特色性峰,對(duì)比元素化學(xué)結(jié)構(gòu)表發(fā)現(xiàn)兩峰代表碳元素與氧元素的信號(hào)峰,在氫終端金剛石薄膜組只有較明顯的碳元素峰,且峰值對(duì)應(yīng)285ev,與金剛石的峰值相近。因此我們推測(cè),該合成物質(zhì)為金剛石或類金剛石成分。3、X射線衍射將得到的圖像對(duì)金剛石峰進(jìn)行擬合,利用Scherrer公式,計(jì)算金剛石薄膜粒徑大小約13nm,即該合成金剛石薄膜為納米級(jí)別。4、接觸角純鈦片表面接觸角為65°,氫終端組薄膜表面的接觸角約為125°,氧終端組為38°。即氫終端金剛石薄膜表現(xiàn)為強(qiáng)疏水性,氧終端表現(xiàn)為親水性。二、生物學(xué)性能評(píng)估1、CCK-8檢測(cè)細(xì)胞毒性在6h,12h時(shí),NCD-o組,光滑Ti片組細(xì)胞的增殖情況與單純細(xì)胞組無明顯差異,且均較NCD-h組相對(duì)增殖率高。24h之后,NCD-o組表現(xiàn)出明顯的促進(jìn)增殖的優(yōu)勢(shì),較空白對(duì)照組相比具有明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。NCD-h與其他組相比較特別是NCD-o組仍處于劣勢(shì)。根據(jù)口腔材料5級(jí)毒性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn),RGR值均處于0級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi),即各組均無細(xì)胞毒性,具有良好的生物相容性,說明各組材料均無細(xì)胞毒性。2、DAPI染色,觀察細(xì)胞的粘附情況在鋪板后的6小時(shí)可以看出,NCD-o組表面明顯較光滑鈦片組及NCD-h組細(xì)胞數(shù)量多,且光滑鈦片組在6小時(shí)組的細(xì)胞粘附數(shù)量也明顯較NCD-h組多。在24小時(shí)組,各組細(xì)胞均有明顯增殖,特別是NCD-o組以及光滑鈦片組的細(xì)胞數(shù)量,但是NCD-o組表面的細(xì)胞數(shù)量仍然明顯較NCD-h組多。3、掃描電鏡觀察細(xì)胞在薄膜表面的粘附形態(tài)24h后各組細(xì)胞均伸展良好。細(xì)胞在NCD-o組的伸展面積明顯較NCD-h組大,推測(cè)基底的潤濕性影響細(xì)胞的粘附形態(tài),而光滑組鈦片細(xì)胞雖然伸展面積較大,但未見細(xì)胞絲狀偽足伸出,細(xì)胞整體僅以片狀粘附于基底之上,相比該組,在NCD-o、NCD-h組,細(xì)胞均有絲狀偽足伸出,且均從細(xì)胞膜向四周發(fā)散。而NCD-o組與NCD-h組比較,NCD-o組細(xì)胞的絲狀偽足的數(shù)量多且長度較長,甚至可見細(xì)胞絲狀偽足之間的相互連接,這些均利于細(xì)胞牢固的粘附于基底上。4、檢測(cè)細(xì)胞的增殖情況第1天各組之間差異不明顯,隨著細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)間的延長,在第4天,細(xì)胞數(shù)量均明顯增加,其中NCD-o組較NCD-h組的細(xì)胞增殖明顯(*P0.05)。而于第7天,NCD-o組細(xì)胞增殖情況明顯優(yōu)于NCD-h組,且與光滑Ti片組細(xì)胞相比具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。5、堿性磷酸酶活力檢測(cè)在培養(yǎng)第3天,NCD-o組細(xì)胞的堿性磷酸酶較單純細(xì)胞組,光滑鈦片組以及NCD-h組明顯活性較強(qiáng),隨著培養(yǎng)時(shí)間延長,各組堿性磷酸酶活性均增強(qiáng),其中NCD-o組對(duì)堿性磷酸酶活性促進(jìn)作用最明顯。結(jié)論:1.30min組的納米金剛石,薄膜均一一致,具有較高純度,未引入其它雜質(zhì)元素,粒徑大小均勻,為納米級(jí)別大小。2.將氫終端的金剛石薄膜熱處理后,得到的氧終端薄膜,具有較強(qiáng)的親水性,利于細(xì)胞的粘附增殖和早期成骨向分化。
【關(guān)鍵詞】：微波等離子體化學(xué)氣相沉積 納米金剛石薄膜 潤濕性 細(xì)胞粘附 細(xì)胞增殖 細(xì)胞分化
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R783.1
【目錄】：

• 中文摘要4-8
• Abstract8-15
• 第1章 緒論15-22
• 1.1 引言15
• 1.2 種植體表面納米改性的研究15-19
• 1.2.1 納米材料的研究進(jìn)展15-17
• 1.2.2 種植體常用的納米改性的方法17-19
• 1.3 納米金剛石薄膜19-22
• 1.3.1 納米金剛石的研究背景19-20
• 1.3.2 納米金剛石薄膜的制備20-22
• 第2章 材料與方法22-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料22-23
• 2.1.1 主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備22
• 2.1.2 主要實(shí)驗(yàn)試劑及材料22-23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法23-30
• 2.2.1 納米金剛石薄膜的制備23-25
• 2.2.2 金剛石薄膜的理化性能表征25-26
• 2.2.3 生物學(xué)性能評(píng)估26-29
• 2.2.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析29-30
• 第3章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果30-38
• 3.1 納米金剛石薄膜的理化性能30-33
• 3.1.1 掃描電子顯微鏡（SEM）及光譜分析30-31
• 3.1.2 XPS31-32
• 3.1.3 XRD32
• 3.1.4 接觸角32-33
• 3.2 生物學(xué)性能評(píng)估33-38
• 3.2.1 細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)33-34
• 3.2.2 細(xì)胞粘附34
• 3.2.3 掃描電子顯微鏡下細(xì)胞的粘附形態(tài)34-36
• 3.2.4 細(xì)胞的增殖36
• 3.2.5 堿性磷酸酶（ALP）活性檢測(cè)36-38
• 第4章 討論38-42
• 4.1 納米金剛石的理化性能38-40
• 4.2 材料的生物學(xué)性能評(píng)估40-42
• 第5章 結(jié)論42-43
• 參考文獻(xiàn)43-49
• 作者簡介及在讀期間所取得的科研成果49-50
• 致謝50-51

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本文編號(hào)：308331