结构和功能仿生的生物支架材料的制备与研究

【摘要】生物支架不仅要求良好的生物相容性，三维贯通的孔隙结构，良好的材料/细胞界面，也要求具有合适的力学性能和电学性能。基于结构仿生和功能仿生的基本理念，本论文以三维多孔结构的钛基钛酸盐纳米线为基底，利用了氧化石墨烯的力学性能和表面可修饰性，以及氧化锌的压电性能，通过电化学方法，分别制备了力学仿生型支架材料和电学仿生型支架材料。通过表面形貌表征（SEM、TEM）、力学性能测试（FMA）、电学性能测试（OCP）以及细胞活性测试（MTT，ALP）等手段研究了力学仿生型支架材料和电学仿生型支架材料的结构和性能，其结果归纳总结如下：1.采用电泳沉积法制备的氧化石墨烯修饰的钛基钛酸盐纳米线（TiO2/GO）支架材料具有良好的力学相容性和生物活性。首先，这种TiO2/GO支架材料延续了钛基钛酸盐纳米线阵列发达的微孔结构，不仅有利于细胞的粘附和移动，也有利于血管的形成。其次，氧化石墨烯修饰的钛基钛酸盐纳米线生物支架材料的杨氏模量在8.64~30.98GPa之间可控，可以满足不同年龄、不同性别以及不同部位的骨对于种植体力学性能的特殊要求，可有效解决种植材料与其所替代的自然骨的弹性模量不匹配到导致的应力遮挡等问题。最后，利用氧化石墨烯的表面可修饰性，在TiO2/GO支架材料引入生物活性基团，提高了支架材料表面的生物活性，构建了不同的生物活性界面。通过修饰生物活性分子，可进一步提高支架材料的生物活性，尤其是羟基化的TiO2/GO支架材料表现出尤为优异的骨诱导能力和生物活性，有效促进新生骨的进一步长入，达到骨移植或残损修复的功效。这种TiO2/GO支架材料达到了力学性能调控、结构和功能化仿生的目的，可作为新一代的骨移植或者残损修复的生物支架材料被广泛的应用于生物医疗领域。2.采用电化学沉积和交替沉积相结合的方法，制备的TiO2/ZnO/ZnS/HAP支架材料具有良好的电学相容性和生物活性。一方面，TiO2/ZnO/ZnS/HAP生物支架材料保持了钛基钛酸盐纳米线阵列的三维多孔结构，达到了结构仿生的目的，能为细胞的增殖和分化提供场所；另一方面，TiO2/ZnO/ZnS/HAP生物支架材料具有良好的压电性能，可诱导细胞在支架材料上的黏附、增殖与分化。TiO2/ZnO/ZnS/HAP生物支架材料将钛基钛酸盐纳米线阵列的三维多孔结构、氧化锌的压电性能、羟基磷灰石的生物活性有机结合，表现出了更好的生物相容性和生物活性，达到了结构和电学仿生的目的，可作为优选的骨移植或者残损修复的生物支架材料。
【作者】黄欢娣；
【导师】董文钧；
【作者基本信息】浙江理工大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】结构；功能；仿生；表面；支架；

【参考文献】
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