SiC纳米线三维结构的制备与生物相容性

摘要

发展强度高、韧性大、具有优异生物学性能的齿科复合材料已成为齿科修复材料研究的焦点问题。SiC纳米线因其具有稳定的物理、化学性能、优异的光学、电学、力学性能及相应的生物学特性，成为探讨临床应用生物材料的首选材料。本文采用新的合成方法来制备不同长度的SiC纳米线，并对其微观结构进行了分析表征，研究了SiC纳米线对细胞的生物相容性及SiC纳米线三维结构的动物实验的安全性测试。
　　本文采用气氛压力热处理工艺，以单晶硅片和石墨为原料在低温下合成出SiC纳米线。该纳米线具有单晶的面心立方结构，呈现弯曲状，其生长遵循由下向上的气-液-固（VLS）机制。随后通过硼酸、硅溶胶和蔗糖为原料，合成出一种非晶态的含硼SiO2/C纳米复合粉体，并通过气氛热处理工艺获得大量SiC纳米线。纳米线的尺寸均匀、结构为单晶面心立方相、纯度高。分别分析了两种不同工艺的SiC纳米线的生长机制。
　　体外生物相容性采用纳米及微米两种长度的SiC纳米线进行。噻唑蓝比色法（MTT）结果表明，微米级长度的SiC纳米线体外生物相容性良好。而纳米长度的纳米线与对照组相比，随着纳米线浓度的提高，对细胞的生长有明显的抑制作用，细胞存活率显著下降。 Western Blot检测凋亡相关蛋白因子研究显示，长度为微米级的SiC纳米线与对照组比较无明显差异；而长度为纳米级的纳米线作用于MC3T3-E1细胞24h后，细胞中Bax和cleaved-Caspase3蛋白的表达随纳米线作用浓度的升高呈上升趋势, Bcl-2蛋白的表达随纳米线作用浓度的升高呈下降趋势，均与对照组比较有差异，具有统计学意义。氧化应激反应结果表明，纳米长度的SiC可以诱导细胞产生氧化应激反应,造成膜脂在细胞和组织水平发生过氧化损伤,引起细胞的凋亡。细胞内ATP实验进一步证实了纳米长度的SiC纳米线对细胞的凋亡是主要通过线粒体通路进行的。而微米长度的SiC纳米线，细胞形态学与正常细胞基本相同，呈梭形、贴壁生长，细胞存活率、凋亡相关蛋白因子及氧化应激反应检测均与正常细胞组实验结果无明显差异，表现了良好的体外生物相容性。
　　动物实验采用由微米长度的SiC纳米线构成的三维结构进行，包括口腔黏膜刺激实验、急性全身毒性实验以及溶血研究。口腔黏膜刺激实验结果表明，兔子术后2周内，无一死亡，均活动正常，饮食正常。黏膜未见上皮角化或过度角化现象，黏膜组织整体细胞分层排列次序清楚均匀，基底部膜性结构完整连续。急性全身毒性试验在成熟小白鼠体内进行。纳米 SiC三维结构浸提液注入后，未见任何异常反应抑或急性中毒症状，没有出现死亡病例，未引起小白鼠体内各器官结构变化及多种酶体系改变和机体防御既能的改变。不会破坏血液中的原有成分。在有骨缺损的小鼠体内的成骨实验结果表明纳米 SiC三维结构样品浸提液无急性全身毒性作用。在有骨缺损的小鼠体内的成骨实验结果表明，SiC纳米材料纤维复合膜具有有一定的诱导新生骨的作用，可以加快骨组织生长，促进缺损愈合，并且我们推测了可能产生这一现象的相关因素。体内生物实验证明 SiC纳米材料的生物相容性良好，材料符合生物医药材料的临床应用要求。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1研究背景

1.2 生物材料概述

1.3 纳米材料的发展现状

1.4 SiC纳米线的制备、性能及应用

1.5生物纳米材料的评价

1.6本课题的主要研究内容

第2章 实验材料与研究方法

2.1原材料

2.2材料的组织结构分析

2.3 生物相容性测试

第3章SiC纳米三维结构的制备与改性

3.1引言

3.2 SiC纳米线的低温合成

3.3 SiC纳米线的碳热还原法合成

3.4 SiC纳米线三维结构的设计制备

3.5 本章小结

第4章SiC纳米线的体外生物相容性实验研究

4.1 引言

4.2 细胞培养

4.3 体外细胞相容性评价

4.4 本章小结

第5章SiC纳米线三维结构对动物组织相容性研究

5.1前言

5.2 SiC三维结构膜对口腔黏膜组织的影响

5.3 SiC纳米三维结构对动物体组织损伤作用

5.4 SiC纳米三维结构对动物体溶血特性的影响机制

5.5组织相容性

5.6 SiC纳米三维结构对骨组织的引导再生机制

5.7本章小结

结论

创新点

参考文献

攻读博士学位期间所发表的学术论文及专利

声明

致谢

个人简历