石墨烯-羥基磷灰石復(fù)合材料生物相容性研究.pdf

1、羥基磷灰石（hydroxyapatite，HA）的化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)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(fù)以及硬組織植入假體方面有著十分廣闊的應(yīng)用前景。然而，HA的本征脆性及其本征脆性所導(dǎo)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(duì)單相HA進(jìn)行增韌是改善其斷裂韌性、確保其可靠服役的關(guān)鍵。
　　石墨烯不僅具有優(yōu)異的力學(xué)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(jié)技術(shù)(spark plasma sintering，SPS)開展了石墨烯納米片(graphene nanosheet，GNS)增強(qiáng)HA復(fù)合材料的研究，研究結(jié)果表明GNS/HA斷裂韌性較HA提高了80％。為此，本文重點(diǎn)研究了GNS/HA復(fù)合材料的生物相容性（如成骨細(xì)胞在復(fù)合材料表面貼附、增殖、分化性能及復(fù)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(duì)上述性能

3、的影響機(jī)制。
　　本文首先對(duì)石墨烯薄膜的生物相容性進(jìn)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(xì)胞數(shù)量更多，鋪展性也更好；成骨細(xì)胞在石墨烯薄膜表面的增殖與分化能力也更強(qiáng)。石墨烯薄膜與石墨紙微觀形貌的差異是影響成骨細(xì)胞貼附、增殖與分化行為的主要原因。同時(shí)，模擬體液浸泡結(jié)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(jìn)而，本文通過研究成骨細(xì)胞的貼附、增殖和分化評(píng)價(jià) G

4、NS/HA復(fù)合材料的生物相容性。結(jié)果表明，GNS/HA復(fù)合材料表面貼附的成骨細(xì)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(xì)胞在GNS/HA復(fù)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(duì)GNS/HA復(fù)合材料微觀形貌產(chǎn)生了影響，提高了GNS/HA復(fù)合材料表面的納米粗糙度，促進(jìn)了細(xì)胞骨架的伸展和偽足的粘附，從而提高了成骨細(xì)胞的貼附以及后續(xù)的增殖、分化能力。
　　GNS/HA復(fù)合材料模擬體液中的成骨礦化結(jié)果表明，

5、GNS/HA復(fù)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(fù)合材料表面礦化形貌為卷曲片狀。研究認(rèn)為，礦化形貌的改變?cè)从诘V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(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)，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(jié)果表明，GNS/HA復(fù)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