本文關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)和功能仿生的生物支架材料的制備與研究

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【摘要】：生物支架不僅要求良好的生物相容性，三維貫通的孔隙結(jié)構(gòu)，良好的材料/細胞界面，也要求具有合適的力學性能和電學性能�；诮Y(jié)構(gòu)仿生和功能仿生的基本理念，本論文以三維多孔結(jié)構(gòu)的鈦基鈦酸鹽納米線為基底，利用了氧化石墨烯的力學性能和表面可修飾性，以及氧化鋅的壓電性能，通過電化學方法，分別制備了力學仿生型支架材料和電學仿生型支架材料。通過表面形貌表征（SEM、TEM）、力學性能測試（FMA）、電學性能測試（OCP）以及細胞活性測試（MTT，ALP）等手段研究了力學仿生型支架材料和電學仿生型支架材料的結(jié)構(gòu)和性能，其結(jié)果歸納總結(jié)如下： 1.采用電泳沉積法制備的氧化石墨烯修飾的鈦基鈦酸鹽納米線（TiO2/GO）支架材料具有良好的力學相容性和生物活性。首先，這種TiO2/GO支架材料延續(xù)了鈦基鈦酸鹽納米線陣列發(fā)達的微孔結(jié)構(gòu)，不僅有利于細胞的粘附和移動，也有利于血管的形成。其次，氧化石墨烯修飾的鈦基鈦酸鹽納米線生物支架材料的楊氏模量在8.64~30.98GPa之間可控，可以滿足不同年齡、不同性別以及不同部位的骨對于種植體力學性能的特殊要求，可有效解決種植材料與其所替代的自然骨的彈性模量不匹配到導致的應力遮擋等問題。最后，利用氧化石墨烯的表面可修飾性，在TiO2/GO支架材料引入生物活性基團，提高了支架材料表面的生物活性，構(gòu)建了不同的生物活性界面。通過修飾生物活性分子，可進一步提高支架材料的生物活性，尤其是羥基化的TiO2/GO支架材料表現(xiàn)出尤為優(yōu)異的骨誘導能力和生物活性，有效促進新生骨的進一步長入，達到骨移植或殘損修復的功效。這種TiO2/GO支架材料達到了力學性能調(diào)控、結(jié)構(gòu)和功能化仿生的目的，可作為新一代的骨移植或者殘損修復的生物支架材料被廣泛的應用于生物醫(yī)療領(lǐng)域。 2.采用電化學沉積和交替沉積相結(jié)合的方法，制備的TiO2/ZnO/ZnS/HAP支架材料具有良好的電學相容性和生物活性。一方面，TiO2/ZnO/ZnS/HAP生物支架材料保持了鈦基鈦酸鹽納米線陣列的三維多孔結(jié)構(gòu)，達到了結(jié)構(gòu)仿生的目的，能為細胞的增殖和分化提供場所；另一方面，TiO2/ZnO/ZnS/HAP生物支架材料具有良好的壓電性能，可誘導細胞在支架材料上的黏附、增殖與分化。TiO2/ZnO/ZnS/HAP生物支架材料將鈦基鈦酸鹽納米線陣列的三維多孔結(jié)構(gòu)、氧化鋅的壓電性能、羥基磷灰石的生物活性有機結(jié)合，表現(xiàn)出了更好的生物相容性和生物活性，達到了結(jié)構(gòu)和電學仿生的目的，，可作為優(yōu)選的骨移植或者殘損修復的生物支架材料。
【關(guān)鍵詞】：結(jié)構(gòu) 功能 仿生 表面 支架
【學位授予單位】：浙江理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：R318.08;O611
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-25
• 1.1 生物材料的發(fā)展趨勢10
• 1.2 天然骨的結(jié)構(gòu)與功能10-14
• 1.2.1 骨的結(jié)構(gòu)11
• 1.2.2 骨的性能11-14
• 1.2.2.1 骨的力學性能12-13
• 1.2.2.2 骨的電學性能13-14
• 1.3 骨的結(jié)構(gòu)和功能仿生14-17
• 1.3.1 結(jié)構(gòu)仿生15
• 1.3.2 功能仿生15-17
• 1.3.2.1 表面微環(huán)境的可調(diào)控性15-16
• 1.3.2.2 力學性能匹配性16
• 1.3.2.3 生物電學相容性16-17
• 1.4 骨替代生物材料的發(fā)展現(xiàn)狀17-23
• 1.4.1 結(jié)構(gòu)仿生材料研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4.2 功能仿生材料研究現(xiàn)狀19-21
• 1.4.2.1 力學仿生材料19-20
• 1.4.2.2 電學仿生材料20-21
• 1.4.3 材料表面微環(huán)境調(diào)控的研究現(xiàn)狀21-23
• 1.5 本課題的研究內(nèi)容23-25
• 第二章 實驗部分25-36
• 2.1 試劑和儀器25-26
• 2.1.1 原材料和試劑25-26
• 2.1.2 主要實驗儀器26
• 2.2 生物支架材料測試方法26-27
• 2.2.1 場發(fā)射掃描電子顯微鏡26
• 2.2.2 倒置熒光顯微鏡26-27
• 2.2.3 X-射線衍射27
• 2.2.4 拉曼光譜27
• 2.2.5 透射電鏡-電子能譜27
• 2.2.6 傅立葉-衰減全反射紅外光譜27
• 2.3 生物性能測試27-36
• 2.3.1 細胞培養(yǎng)28-30
• 2.3.1.1 細胞活化和復蘇28-29
• 2.3.1.2 細胞傳代培養(yǎng) (消化法)29-30
• 2.3.2 細胞接種30-31
• 2.3.3 細胞增殖31-32
• 2.3.4 細胞活性32-33
• 2.3.5 細胞染色33-34
• 2.3.6 細胞觀測34-36
• 第三章 力學仿生型支架的制備與性能研究36-53
• 3.1 實驗過程38-40
• 3.1.1 鈦基鈦酸鹽納米線基體的制備38
• 3.1.2 石墨烯納米片的制備38
• 3.1.3 表面微環(huán)境的調(diào)控38-39
• 3.1.4 石墨烯納米片修飾的鈦基鈦酸鹽納米線支架材料制備39-40
• 3.2 表征與測試手段40-41
• 3.3 結(jié)果與討論41-51
• 3.3.1 TiO_2/GO 支架材料的結(jié)構(gòu)與性能表征41-44
• 3.3.2 TiO_2/GO 支架材料的力學性能表征44-46
• 3.3.3 TiO_2/GO 支架材料的表面改性46-47
• 3.3.4 成骨細胞在功能化支架材料上的形態(tài)47-49
• 3.3.5 成骨細胞在功能化支架材料上的增殖與分化49-51
• 3.4 本章小結(jié)51-53
• 第四章 電學仿生型支架的制備與性能研究53-69
• 4.1 實驗過程54-56
• 4.1.1 鈦基鈦酸鹽納米線基體的制備54
• 4.1.2 納米氧化鋅/硫化鋅修飾的鈦基鈦酸鹽納米線基體54-55
• 4.1.3 羥基磷酸鈣在 TiO_2/ZnO/ZnS 支架上的包覆55-56
• 4.2 表征與測試手段56
• 4.3 結(jié)果與討論56-68
• 4.3.1 電學相容和生物相容的 TiO_2/ZnO/ZnS/HAP 支架材料的結(jié)構(gòu)表征56-61
• 4.3.2 沉積電流、沉積液溫度對電化學沉積氧化鋅的影響61-63
• 4.3.3 硫化時間對 ZnO/ZnS 核殼結(jié)構(gòu)的影響63-64
• 4.3.4 TiO_2/ZnO/ZnS/HAP 支架材料的壓電性能研究64-65
• 4.3.5 TiO_2/ZnO/ZnS/HAP 支架材料的生物性能表征65-68
• 4.3.5.1 生物支架材料上 MG63 細胞的形態(tài)65-67
• 4.3.5.2 生物支架材料上 MG63 細胞的增殖與分化67-68
• 4.4 本章小結(jié)68-69
• 第五章 結(jié)論及展望69-71
• 5.1 主要結(jié)論69-70
• 5.2 工作展望70-71
• 參考文獻71-77
• 攻讀學位期間的研究成果77-78
• 致謝78

【參考文獻】

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本文編號：597231