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含磷的钛表面生物活性研究

作　者: 武楠
导　师: 冯波
学　校: 西南交通大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 钛 磷化处理 生物矿化 小牛血清白蛋白 胶原 竞争吸附 细胞培养
分类号: R318.08
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


近年来,钛及其合金凭借良好的生物相容性和力学性质逐渐成为骨科植入材料的首选,广泛应用在临床硬组织和器官的替换中。为了更好的提高其生物相容性,对于钛及其合金的表面改性的研究也引起了广大研究者的重视。本论文中分别采用无机磷酸和有机磷酸三乙酯对钛表面进行处理,使表面含有磷元素,进而研究钛表面的磷元素对生物矿化的作用;同时通过在含磷表面分别引入单组分和双组分蛋白质,研究蛋白质在表面吸附的动力学机理和共存时的竞争吸附机制,并且结合细胞培养实验,考察磷化处理的表面和经蛋白质吸附后的表面对于细胞的黏附和分化能力的影响。纯钛表面经过磷化处理,通过X光电子能谱（XPS）和红外光谱（FTIR）分析可知,表面分别检测到了P、O、C、Ti元素和P-O-C、-PO3、-PO4等原子团,说明磷化处理可以有效的使磷元素以化学键合的方式引入表面。随后通过生物矿化沉积实验表明,表面所含的磷元素对于HA的沉积具有重要的促进作用,并且通过在不含磷元素的Ringers溶液中浸泡结果表明,表面磷元素对于HA的形核生长具有显著的诱导作用。扫描电镜和X-射线衍分析显示,经过体外生物矿化后,HA均匀分布于表面,颗粒细小,结晶度较好,并且随浸泡时间的延长HA沉积量不断增大。由于材料进入体内会迅速与生理环境中各种有机生物大分子接触并发生反应,因此实验中选取不同pH值、不同初始浓度、不同吸附时间,定性和定量考察样品表面蛋白质吸附行为机理。结果发现,单组分吸附时,吸附初期吸附速率和吸附量主要受到pH值的影响,而初始吸附浓度对吸附率基本不产生影响。同时对于所选取的小牛血清白蛋白（BSA）和I型胶原蛋白（Collagen I）,含磷的疏水性表面促进了其在表面的吸附,并且BSA的吸附更为强烈,而胶原在吸附初期总是存在一个短暂的解吸附过程,随后逐渐趋于平衡。在双组分蛋白质竞争吸附行为的研究中发现,XPS和FTIR分析均证实蛋白质在表面以化学方式结合,通过Langumir公式拟合出的吸附等温线计算出了蛋白质的吸附量,表明双组分蛋白质共存可以促进蛋白质的吸附。后又通过体外细胞培养实验证实了经蛋白质吸附的样品表面对于细胞的粘附、生长和分化都具有促进作用,并且不同的蛋白质对于细胞的作用也存在差异,BSA更有利于细胞的增殖,而胶原更有利于细胞的分化,当两者共存时即可达到共同促进的效果。

全文目录


摘要  6-8
Abstract  8-13
第一章 绪论  13-40
  1.1 生物医用材料的发展概况  13-14
  1.2 生物医用材料的发展现状  14-15
  1.3 生物医用材料的性质和分类  15-16
  1.4 医用钛及钛合金  16-21
    1.4.1 钛及其合金的发展和性质  16-17
    1.4.2 钛的表面改性  17-21
  1.5 磷与生命化学  21-23
  1.6 与骨形成有关的蛋白质  23-27
    1.6.1 纤维连接蛋白(Fibronectin)  23-24
    1.6.2 玻璃结合体蛋白(Vitronectin)  24-25
    1.6.3 骨生长因子(Bone Growth Factors)  25-27
  1.7 生物医用材料表面的蛋白质吸附行为  27-38
    1.7.1 蛋白质性质对吸附的影响  29
    1.7.2 生物医用材料表面物理化学性质对蛋白质吸附的影响  29-31
    1.7.3 蛋白质在材料表面吸附的研究现状  31-32
    1.7.4 蛋白质在材料表面吸附的研究方法  32-38
  1.8 研究目的及内容  38-39
    1.8.1 研究目的  38
    1.8.2 研究内容  38-39
  1.9 技术路线  39-40
第二章 含磷的钛表面制备和表征  40-51
  2.1 引言  40-41
  2.2 材料与方法  41-45
    2.2.1 实验步骤  41-43
    2.2.2.样品的表征  43-45
  2.3 结果与讨论  45-49
    2.3.1 预磷化处理后表面形貌的影响  45
    2.3.2 反应温度和反应时间对样品表面接触角的影响  45-47
    2.3.3 FTIR分析  47-49
    2.3.4 XPS分析  49
  2.4 小结  49-50
  2.5 结论  50-51
第三章 含磷的钛表面生物矿化能力  51-64
  3.1 引言  51-52
  3.2 材料与方法  52-55
    3.2.1 实验步骤  52-55
  3.3 结果与讨论  55-61
    3.3.1 表面形貌的SEM分析  55-58
    3.3.2 XRD分析  58-60
    3.3.3 FTIR分析  60-61
  3.4 小结  61-63
  3.5 结论  63-64
第四章 蛋白质的吸附和竞争吸附  64-87
  4.1 引言  64-66
  4.2 材料与方法  66-68
    4.2.1 实验步骤  66-68
    4.2.2 样品的表征  68
  4.3 结果与讨论  68-84
    4.3.1 不同浓度对于蛋白质吸附的影响  68-71
    4.3.2 不同pH值对于蛋白质吸附的影响  71-73
    4.3.3 荧光显微镜观察  73-74
    4.3.4 FTIR 分析  74-75
    4.3.5 XPS分析  75-79
    4.3.6 SDS-PAGE分析  79-84
  4.4 小结  84-86
  4.5 结论  86-87
第五章 蛋白质吸附后的钛表面成骨细胞培养  87-101
  5.1 引言  87-88
  5.2 材料与方法  88-93
    5.2.1 实验材料材料的准备  88-89
    5.2.2 细胞培养实验  89-90
    5.2.3 样品的表征  90-93
  5.3 结果与讨论  93-98
    5.3.1 SEM对细胞形貌的观察  93-96
    5.3.2 Alamar Blue检测  96-97
    5.3.3 ALP检测  97-98
  5.4 小结  98-100
  5.5 结论  100-101
结论  101-103
致谢  103-104
参考文献  104-112
攻读硕士学位期间发表论文  112-113

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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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