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钛表面丝素蛋白调控磷酸钙仿生矿化的研究
作 者: 张瑾莉
导 师: 孔祥东
学 校: 浙江理工大学
专 业: 生物化学与分子生物学
关键词: 钛 丝素蛋白 磷酸钙 仿生矿化 生物相容性
分类号: R318.08
类 型: 硕士论文
年 份: 2014年
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内容摘要
骨缺损的修复,一直是临床医学、生命科学以及材料科学领域的难点。钛(Titanium,Ti)因耐蚀性好、韧性高、弹性模量与骨接近等优点,已成为临床骨科和牙科广泛应用的植入材料。但是,钛的主要成分与骨组织完全不同,不能与骨形成化学结合,缺乏骨诱导能力。故对钛表面进行修饰以提高其生物活性,是提高其骨诱导能力的关键。在钛表面制备磷酸钙涂层即是提高骨诱导能力的有效方法。而已有研究报道,丝素蛋白(silk fibroin,简称SF)中的—COOH基团易诱导磷酸钙的矿化。同时,丝素蛋白具有良好的结构稳定性、生物安全性和可降解性,是一种优良的生物材料。故本文将丝素蛋白涂覆到钛表面,研究其调控磷酸钙晶体生长的过程与机制,并进一步评价这种涂层材料的生物相容性。本研究首先通过在钛表面涂覆丝素蛋白膜与仿生矿化相结合的方式,在复合材料上制备磷酸钙涂层。运用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线多晶粉末衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)等表征方法对所制备的涂层进行形貌、晶相和结构等分析。再将成骨样细胞MG-63细胞种植于所制得的复合涂层上进行共培养,运用荧光染色、MTT和碱性磷酸酶活性测定等方法,来检测复合材料对MG-63细胞的粘附、增殖和分化的影响。最后,采用皮下埋植的方式将复合材料植入大鼠体内,观察其对大鼠组织及生命活动的影响。定期取出材料及周围组织,经免疫组织染色(苏木精-伊红染色)和FESEM,观察大鼠的组织反应,进而探讨其组织相容性,为复合材料的后续应用做准备。研究结果显示,丝素蛋白膜可以诱导磷酸钙在钛表面沉积,而在丝素蛋白膜中添加羟基磷灰石(Hydroxyapatite,简称HAP或HA)颗粒或将丝素蛋白膜经饱和氢氧化钙溶液处理,可以提高磷酸钙晶体沉积速度,所制备的涂层晶体形貌呈圆边片层状,主要晶相为磷酸八钙,并且沿002晶面择优取向生长。细胞实验结果表明,钛表面涂覆的丝素蛋白及矿化涂层,有利于MG-63细胞的粘附、增殖与早期成骨分化,说明此种复合涂层具有良好的细胞相容性。动物皮下埋植实验结果显示,复合涂层有利于结缔组织的生长,没有引起明显的炎症反应与组织坏死现象,证明其具有良好的组织相容性,是一种良好的生物涂层材料。
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全文目录
摘要 4-6 Abstract 6-8 目录 8-11 第一章 绪论 11-22 1.1 骨组织的修复与骨组织工程 11-12 1.1.1 骨组织与骨缺损的修复 11-12 1.1.2 骨组织工程 12 1.2 磷酸钙的仿生矿化 12-15 1.2.1 人体中的磷酸钙 12 1.2.2 磷酸钙的仿生矿化方法 12-15 1.3 钛与羟基磷灰石的仿生矿化 15-17 1.3.1 基体的官能团化 15-17 1.3.2 晶体成核与生长 17 1.4 丝素蛋白与磷酸钙的仿生矿化 17-19 1.5 钛/丝素蛋白复合材料与磷酸钙的仿生矿化 19-20 1.6 本课题研究的目的及内容 20-22 第二章 钛表面丝素蛋白膜/磷酸钙复合涂层的制备与表征 22-36 2.1 引言 22-23 2.2 实验部分 23-26 2.2.1 实验材料与仪器 23-24 2.2.2 实验步骤与方法 24-26 2.3 实验结果与分析 26-33 2.3.1 矿化前各组钛片表面的比较 26-28 2.3.2 矿化不同时间的钛片表面 FESEM 及 EDS 结果 28-30 2.3.3 矿化不同时间的各组钛片 XRD 分析 30-32 2.3.4 矿化不同时间的钛片 FTIR 分析 32-33 2.3.5 TEM 分析 33 2.4 讨论 33-34 2.4.1 丝素蛋白膜及其不同处理方式对磷酸钙晶体生长的影响 33-34 2.4.2 钛表面丝素蛋白膜上的磷酸钙晶体生长过程 34 2.5 本章小结 34-36 第三章 复合材料的 MG-63 细胞相容性研究 36-45 3.1 引言 36 3.2 实验材料与方法 36-41 3.2.1 实验原料与器材 36-38 3.2.2 实验方法 38-41 3.3 实验结果与分析 41-43 3.3.1 细胞形态学观察 41-42 3.3.2 MTT 实验检测细胞增殖 42 3.3.3 细胞碱性磷酸酶活性测定 42-43 3.4 讨论 43-44 3.4.1 涂层材料对 MG-63 细胞粘附与增殖的影响 43 3.4.2 涂层材料对 MG-63 细胞早期分化的影响 43-44 3.5 本章小结 44-45 第四章 复合材料的生物组织相容性研究 45-53 4.1 引言 45 4.2 实验部分 45-47 4.2.1 实验材料 45 4.2.2 大鼠皮下埋植实验 45-47 4.3 实验结果与分析 47-51 4.3.1 埋植前的骨钉表面形貌观察 47-48 4.3.2 皮下埋植实验后的组织学检查 48-51 4.3.3 皮下埋植后的骨钉表面 FESEM 观察 51 4.4 讨论 51 4.5 本章小结 51-53 第五章 结论 53-54 参考文献 54-62 硕士期间成果 62-63 致谢 63
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中图分类: > 医药、卫生 > 基础医学 > 医用一般科学 > 生物医学工程 > 一般性问题 > 生物材料学
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