重组胶原蛋白调控钛表面仿生矿化的研究

论文摘要

骨骼组织主要组成部分是有机质骨胶原和无机质羟基磷灰石。由于骨组织复杂的结构,迄今为止,临床上对骨缺损的修复仍然是一个研究的难点。钛及其合金因具有良好的耐蚀性、断裂韧性和较高的强度而被作为骨修复材料在临床上得到了广泛的应用。然而,钛及其合金的生物惰性表面使其在体内与骨的结合和固定仍面临着一个难以解决的问题。近年来,人们在不断地尝试对钛及其合金表面进行改性和修饰以实现其在体内与骨自然的结合。本文通过重组胶原蛋白调控钛片表面仿生矿化的方式,在经过碱热处理的钛片表面形成了一层羟基磷灰石-重组胶原复合涂层。并通过运用SEM-EDS、FESEM、XRD、FTIR等测试手段对所制备的复合涂层进行表征和分析。结果发现,重组胶原蛋白的参与在一定程度上缩短了羟基磷灰石在碱热处理的钛片表面上的矿化形成时间,并实现了与羟基磷灰石的化学键和,进而改变了羟基磷灰石晶体的形貌,所形成的羟基磷灰石沿002方向择优生长,形貌呈针状,直径在30-50nm,与天然骨中的羟基磷灰石晶体性状较接近。本文还通过体外细胞实验对所制得的钛片表面复合涂层进行了生物相容性方面的评价。通过材料与成骨细胞系MG-63共培养,并运用荧光染色、细胞计数、ALP和OC含量测定等实验手段来检测材料对MG-63细胞的粘附,增殖和分化的影响。实验结果发现,羟基磷灰石-重组胶原复合涂层与单纯的羟基磷灰石涂层相比对细胞的粘附,增殖和分化都具有明显的促进作用,表明此种复合涂层具有良好的生物相容性,达到了实验预期的结果。本文针对天然胶原蛋白在生物材料上的应用限制以及金属钛作为骨修复材料的缺陷,采用人工合成的重组类人胶原蛋白来调控钛基体上羟基磷灰石的生成,并成功制备出了一种对骨细胞具有良好细胞相容性的生物材料,从而使钛及其合金在临床应用上的研究更进一步,并为研究蛋白质的生物矿化过程及其调控机理提供实验依据,也为制备新型的多元复合组织工程材料开拓了思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 骨组织及骨组织工程
• 1.1.1 骨组织
• 1.1.2 骨组织工程
• 1.2 医用钛及表面生物活化
• 1.2.1 物理法
• 1.2.2 化学法
• 1.2.3 电化学方法
• 1.2.4 各种方法的优缺点
• 1.3 重组类人胶原蛋白研究概况
• 1.3.1 胶原蛋白概述
• 1.3.2 胶原蛋白在生物材料等领域中的应用
• 1.3.3 重组类人胶原蛋白
• 1.4 生物矿化概述
• 1.5 羟基磷灰石概述
• 1.6 钛表面仿生矿化研究进展
• 1.7 本课题研究的目的及内容
• 第二章 重组胶原调控钛表面仿生矿化及复合材料的制备与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验方法与步骤
• 2.2.1 实验所用材料和仪器
• 2.2.2 重组胶原蛋白的表达，分离和纯化
• 2.2.3 钛表面生物活化
• 2.2.4 仿生液的配制
• 2.2.5 钛表面仿生矿化及复合材料的制备
• 2.2.6 复合材料的表征测试
• 2.3 实验结果与分析
• 2.3.1 重组胶原蛋白的SDS-PAGE 检验
• 2.3.2 矿化前后钛表面SEM 形貌观察
• 2.3.3 矿化前后钛表面XRD 分析
• 2.3.4 FTIR 分析
• 2.3.5 TEM 分析
• 2.4 讨论
• 2.4.1 碱热处理活化钛金属表面的机理
• 2.4.2 重组胶原蛋白对羟基磷灰石晶体生长的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 复合材料的MG-63 细胞生物相容性研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 实验材料与器材
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 MG-63 细胞株的培养
• 3.3.2 材料与MG-63 细胞的复合培养
• 3.4 讨论
• 3.4.1 成骨细胞株的选用
• 3.4.2 不同材料对MG-63 细胞粘附与生长的影响
• 3.4.3 不同材料对MG-63 细胞分化的影响
• 3.4.4 不同材料对MG-63 细胞成骨性能的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢