成骨细胞在不同电导率的N型单晶碳化硅表面的生物学行为研究

摘要

目的：
　　研究不同电导率N型单晶碳化硅材料对成骨细胞生物学行为的影响，探讨细胞培养环境中在材料表面的各种介质的变化过程。
　　方法：
　　1、以高电导率N型单晶碳化硅作为高电导率组，低电导率N型单晶碳化硅作为低电导率组;以与实验组面积相同的细胞培养板作为对照组。
　　2、分别在实验组和对照组表面进行MC3T3-E1细胞接种和培养
　　3、采用扫描电镜观察细胞在两种材料表面24 h的生长状况。
　　4、采用噻唑蓝(methyl thiazolyl tetrazolium，MTT)法分析MC3T3-E1细胞在材料表面的增殖情况。
　　5、采用碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，AKP)和骨钙素(osteocalcin，OCN)含量测定技术分析MC3T3-E1细胞在材料表面的分化情况。
　　6、测试两种N型单晶碳化硅在超纯水、磷酸盐缓冲溶液(PBS)、小牛血清白蛋白(BSA)溶液、α-MEM溶液中的开路电位(OCP)
　　7、采用电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS）测试技术分析高电导率N型碳化硅在超纯水、磷酸盐缓冲溶液(phosphate buffersolution，PBS)、小牛血清白蛋白(Bovine serium albumin，BSA)溶液、α-MEM细胞培养液中的电化学行为。
　　8、采用电化学阻抗谱测试技术分析接种有MC3T3-E1细胞的高电导率N型碳化硅材料表面随时间延长的EIS变化。
　　结果：
　　1、共培养24 h扫描电子显微镜显示:MC3T3-E1细胞在两种N型单晶碳化硅材料表面均伸展良好，可见伪足和明显的细胞外基质沉积。
　　2、两组材料上细胞的MTT值从1、3、5、7d随时间逐渐升高。在3、5、7d时，实验组高于对照组(p＜0.05)，高电导率N型碳化硅组MTT值高于低电导率组(p＜0.05)。
　　3、两组材料上细胞的AKP值从1、3、5、7d随时间逐渐升高。在3、5、7d时，实验组高于对照组(p＜0.05)，高电导率N型碳化硅组AKP值高于低电导率组(p＜0.05)。
　　4、两组材料上细胞的OCN值从1、3、7、14d随时间逐渐升高。在7、14d时，实验组高于对照组(p＜0.05)，高电导率N型碳化硅OCN值高于低电导率组(p＜0.05)。
　　5、两种材料在各组液体中的开路电位均为负值。低电导率单晶碳化硅在各组液体中的开路电位值大小依次为EBSA溶液＜E细胞培养液＜E超纯水＜EPBS。高电导率N型单晶碳化硅在各液体中的开路电位值大小依次为:EPBS＜EBSA溶液＜E超纯水＜E细胞培养液。
　　6、EIS结果表明溶液电阻Rs大小依次为:BSA溶液＜细胞培养液＜PBS＜超纯水。
　　7、在高电导率碳化硅表面进行细胞培养1、3、5、7d，EIS结果表明溶液电阻Rs、细胞层电容Qcell随培养时间的延长而减小，而细胞层电容弥散系数ncell随时间逐渐增大，细胞层电阻Rcell则随培养时间的延长而先增大后减小，双电层电阻Rdl总体上随着共培养时间的延长而逐渐减小。
　　结论：
　　1、N型单晶碳化硅材料的电化学特性可以促进成骨细胞的增殖和分化，原因是由于在培养液中材料表面具有吸附阳离子及阳离子基团的能力。其中高电导率的促进作用优于低电导率，原因是由于高电导率N型单晶碳化硅材料在培养液中可以吸附更多的阳离子及阳离子基团。
　　2、电化学阻抗谱技术可以测试分析材料对生理溶液成分的吸附行为。.利用电化学阻抗谱技术动态原位测试细胞和材料共培养时界面的阻抗谱各参数的变化，对研究材料的电化学性质与细胞生物学行为的关系具有一定意义。

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结论

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参考文献

综述 生物材料常用的表面分析方法

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