石墨烯-羥基磷灰石復合材料生物相容性研究.pdf

1、羥基磷灰石（hydroxyapatite，HA）的化學成分、晶體結構與人體骨組織中的磷酸鈣鹽相似，因而具有優(yōu)異的生物相容性和生物活性，在骨的缺損修復以及硬組織植入假體方面有著十分廣闊的應用前景。然而，HA的本征脆性及其本征脆性所導致的低摩擦磨損性能，直接制約了其作為硬組織假體替換材料植入人體后服役的可靠性。所以，采取第二相材料對單相HA進行增韌是改善其斷裂韌性、確保其可靠服役的關鍵。
　　石墨烯不僅具有優(yōu)異的力學性能，而且具有非常

2、大的比表面積，是一種理想的增韌材料。本課題組前期采用放電等離子燒結技術(spark plasma sintering，SPS)開展了石墨烯納米片(graphene nanosheet，GNS)增強HA復合材料的研究，研究結果表明GNS/HA斷裂韌性較HA提高了80％。為此，本文重點研究了GNS/HA復合材料的生物相容性（如成骨細胞在復合材料表面貼附、增殖、分化性能及復合材料在模擬體液中的成骨礦化性能），并深入研究了石墨烯納米片對上述性能

3、的影響機制。
　　本文首先對石墨烯薄膜的生物相容性進行了研究。研究表明，與石墨紙相比，石墨烯薄膜表面貼附的成骨細胞數(shù)量更多，鋪展性也更好；成骨細胞在石墨烯薄膜表面的增殖與分化能力也更強。石墨烯薄膜與石墨紙微觀形貌的差異是影響成骨細胞貼附、增殖與分化行為的主要原因。同時，模擬體液浸泡結果表明，石墨烯薄膜表面更利于羥基磷灰石的沉積，且分布更為均勻，具有良好的成骨礦化性能。
　　進而，本文通過研究成骨細胞的貼附、增殖和分化評價 G

4、NS/HA復合材料的生物相容性。結果表明，GNS/HA復合材料表面貼附的成骨細胞數(shù)量增加，鋪展性更好，黏著斑數(shù)量更多且分布更廣。成骨細胞在GNS/HA復合材料表面的增殖和分化能力也得到了提高。研究發(fā)現(xiàn)，GNS對GNS/HA復合材料微觀形貌產(chǎn)生了影響，提高了GNS/HA復合材料表面的納米粗糙度，促進了細胞骨架的伸展和偽足的粘附，從而提高了成骨細胞的貼附以及后續(xù)的增殖、分化能力。
　　GNS/HA復合材料模擬體液中的成骨礦化結果表明，

5、GNS/HA復合材料較HA具有更加優(yōu)異的成骨礦化性能；礦化層形貌觀察顯示，HA表面礦化形貌為短棒狀，而GNS/HA復合材料表面礦化形貌為卷曲片狀。研究認為，礦化形貌的改變源于礦化速率的提高，GNS的添加改變了材料中鈣離子的溶解速率，暴露在模擬體液中的GNS為磷酸鈣鹽的沉積提供了更多的骨質形核質點，從而提高了礦化速率，改善了HA的成骨礦化能力。
　　上述研究結果表明，GNS/HA復合材料具有良好的生物相容性與成骨礦化能力，是一種具有