純鈦種植材料表面構建生物活性過渡層的研究.pdf

1、鈦及鈦合金具有優(yōu)良的機械性能和生物相容性，在口腔及外科矯形種植領域中，是廣泛應用的種植體材料。為了使鈦種植體具有明確的目標性及特定分子間的可識別性，引導快速、特異的組織/界面反應，促進成骨細胞粘附、增殖和分化從而改善組織愈合，本課題首先對純鈦表面氧化膜進行活化，再通過生物化學改性在表面構建類細胞外基質活性過渡層，并體外評價活性過渡層對成骨細胞生物學的影響。 本課題包括四個部分： 1.純鈦表面氧化膜的化學活化及體外活性評價

2、 為了在鈦表面制備一層富含TiOH基團的活性氧化膜，純鈦經過堿或雙氧水處理后再進行低溫熱水陳化1天。用XRD、XPS表征表面的化學成分及羥基含量，SEM觀察鈦表面氧化膜的微觀形貌，并考察改性后材料表面分別在細胞培養(yǎng)液和快速礦化液中誘導生成磷灰石的能力及對大鼠成骨細胞的增殖的影響。結果顯示，化學處理后鈦表面為微孔結構，低溫熱水陳化基本不改變微孔結構且使表面非晶態(tài)層轉化為富含羥基的二氧化鈦層。浸泡于細胞培養(yǎng)液10天后表面有顆粒型物質

3、沉積，雖然XRD難以檢測出，但能譜分析表明表面沉積有鈣、磷元素等。浸泡在快速礦化液中，改性表面有磷灰石的形成。細胞學評價顯示化學處理再進行熱水陳化的氧化膜表面能無細胞毒性，后期還能促進成骨細胞的增殖。表明化學處理(尤其是NaOH處理)后再熱水陳化的鈦表面有良好的生物相容性，表面氧化膜富含的羥基不僅增加了材料的活性，而且還可以作為后續(xù)實驗中固定生物大分子的功能基團，為金屬材料的生物化、智能化奠定基礎。 2.膠原在鈦表面活性氧化膜上

4、的吸附和化學接枝 利用原子力顯微鏡(AFM)、分光光度法觀察和分析了3種不同濃度的膠原溶液在改性鈦氧化膜和純鈦表面的自組裝吸附情況。通過3-氨丙基三乙氧基硅烷(APS)活化鈦表面羥基后，以碳二亞胺(EDC)為偶聯(lián)劑，將膠原接枝在鈦氧化膜表面，XPS、AFM、SEM表征其表面膠原。結果顯示，低濃度時膠原在兩種鈦表面只是簡單的吸附，隨著濃度的增加，膠原吸附量增多，在改性鈦表面組裝形成網(wǎng)狀的結構，而在純鈦表面組裝成纖維結構。這表明膠原

5、蛋白有在鈦表面進行自組裝的特性，自組裝的結果與膠原濃度、鈦表面性質很大的關系。硅烷反應及EDC偶聯(lián)后，XPS譜及原子力顯微鏡證實了接枝反應的發(fā)生，但接枝量較低，如同時保留鈦表面物理吸附的膠原層，則使表面膠原量提高明顯。共價接枝/物理吸附膠原的鈦試樣經磷酸鹽緩沖液浸洗7天后，表面的膠原含量改變較小，表明共價接枝使涂層更加穩(wěn)定，表面接枝/吸附膠原后的鈦有望成為新的分子生物型材料。 3.純鈦表面類細胞外基質活性過渡層的構建 將

6、膠原與殼聚糖復合后化學接枝/物理吸附至鈦表面，再通過偶聯(lián)劑EDC偶聯(lián)rhBMP-2，在鈦表面構建了類細胞外基質活性層。采用高效色譜分析法，測定表面復合層rhBMP-2釋放性能。結果顯示鈦表面的膠原-殼聚糖復合層為纖維網(wǎng)狀結構，在體外PBS中，復合層具有早期快速少量釋放rhBMP-2并能持續(xù)一定時間的特點。在膠原/殼聚糖層采用EDC偶聯(lián)的rhBMP-2比物理吸附的釋放更為平緩，且釋放也更持久。表明在鈦表面由膠原、多糖和骨形成蛋白構建的類細

7、胞外基質層是與機體相適應的過渡層，將能充當鄰近細胞、組織的配基或受體，膠原與殼聚糖涂層在發(fā)揮支架作用的同時，還可作為rhBMP-2的載體。 4.純鈦表面活性過渡層對成骨細胞生物學的影響 原代組織塊法培養(yǎng)大鼠顱項骨成骨細胞，通過對體外培養(yǎng)的3-6代成骨細胞在各改性表面黏附、增殖及分化的檢測，評價純鈦表面活性類細胞外基質層對成骨細胞生長的影響。結果顯示Ti/col和Ti/ECM-like兩組可促進成骨細胞的早期黏附，用免疫熒

8、光的方法對細胞骨架蛋白觀察發(fā)現(xiàn)以上兩組在短時間內可使形成良好的鋪展形態(tài)；倒置相差顯微鏡和掃描電鏡觀察及MTT結果表明膠原層和類細胞外基質層雖然早期不能增加成骨細胞增殖活性，但有機層為細胞復層生長提供了機會，培養(yǎng)后期促進了細胞的增殖和生長；改性三組的材料表面都增加了成骨細胞的ALP活性和細胞基質層的鈣含量，但Ti/ECM-like組促進效果最明顯，改善了鈦表面的生物功能性。表明，鈦活性過渡層具有良好的生物相容性，可促進成骨細胞在活性層表面