载锌功能化多壁碳纳米管/壳聚糖复合支架的制备与性能研究

摘要

目的：
　　构建载锌(Zn)功能化多壁碳纳米管/壳聚糖(f-MWCNT/CS-Zn)复合支架，对其性能进行检测，探讨其作为组织工程骨的应用潜力。
　　方法：
　　第一部分功能化多壁碳纳米管/壳聚糖(f-MWCNT/CS)复合支架的制备、表征及细胞毒性研究。采用“混酸法”制备出功能化多壁碳纳米管(f-MWCNT)，然后以CS和f-MWCNT为主要原料，通过“溶液共混法”联合“冷冻干燥法”制备出3种不同f-MWCNT浓度的f-MWCNT/CS复合支架（f-MWCNT在支架中含量分别为0.1％、0.5%、1%）；利用扫描电镜（SEM）观察复合支架的结构形态，纳米压入仪检测表明硬度、电子万能力学试验机测试拉伸强度、广角X射线衍射仪(XRD)进行物相分析、采用 MTT法使用小鼠成骨细胞（MC3T3-El）对复合支架的细胞毒性进行评价。根据上述检测结果，确定复合支架中f-MWCNT与CS最佳的含量比例，为后续实验提供依据。
　　第二部分载锌功能化多壁碳纳米管/壳聚糖(f-MWCNT/CS-Zn)复合支架的制备、表征及生物性能研究。以实验第一部分确定的f-MWCNT与CS的最佳含量比例并通过添加不同浓度的 ZnSO4·7H2O溶液，利用“溶液共混法”联合“冷冻干燥法”制备出3种不同含Zn浓度的f-MWCNT/CS-Zn复合支架（Zn在复合支架中的质量百分比分别为0.2%、1%、2%）。利用扫描电镜观察复合支架的结构形态，纳米压入仪检测表面硬度、电子万能力学试验机测试拉伸强度、广角X射线衍射仪进行物相分析、红外光谱仪（FTIR）分析复合支架各组份分子间的相互作用、抗菌实验评价复合支架的抗菌活性、采用 MTT法使用小鼠成骨细胞(MC3T3-El）评价f-MWCNT/CS-Zn复合支架的成骨细胞增殖能力。
　　结果：
　　第一部分制备的3组f-MWCNT/CS复合支架具有三维微孔结构，孔隙率高，孔径主要在50-300μm之间，适合成骨细胞的粘附和生长。3组f-MWCNT/CS支架的表面硬度较纯CS支架显著提高，并且随着复合支架中f-MWCNT含量的增加， f-MWCNT/CS支架的表面硬度逐渐增高，差异均具有统计学意义（P＜0.01）。拉伸强度检测显示3组f-MWCNT/CS支架的拉伸强度较纯CS支架增加明显，同样随着支架中f-MWCNT含量的增加，f-MWCNT/CS支架的拉伸强度和弹性模量逐渐增加，差异均具有统计学意义（P＜0.01）。XRD显示：分别添加0.1%、0.5%和1%的f-MWCNT对复合支架主体 CS的晶体结构没有明显影响。细胞毒性实验显示0.1%f-MWCNT/CS支架和0.5%f-MWCNT/CS支架细胞毒评级为0-1级，生物形容性良好。1%f-MWCNT/CS支架细胞毒性评级为2，对成骨细胞具有轻度细胞毒性。
　　第二部分制备的3组 f-MWCNT/CS-Zn复合支架与实验第一部分制备的f-MWCNT/CS支架结构形态相似。表面硬度测试显示分别添加0.2%、0.1%和2%的Zn对f-MWCNT/CS-Zn支架的表面硬度无明显影响，3组f-MWCNT/CS-Zn支架与f-MWCNT/CS支架的表面硬度相似，差异无统计学意义（P＞0.05）。拉伸强度检测显示添加0.2%、0.1%和2%的Zn对f-MWCNT/CS-Zn支架的拉伸强度和弹性模量无明显影响，3组 f-MWCNT/CS-Zn支架与 f-MWCNT/CS支架的力学性能相似，差异无统计学意义（P＞0.05）。XRD显示：添加0.2%、1%、2%的Zn对支架主体CS的晶体结构没有明显影响。FTIR结果显示：f-MWCNT的功能基团和CS的带电基团与Zn2+间具有分子间的相互作用。抗菌实验显示3组f-MWCNT/CS-Zn复合支架较 f-MWCNT/CS支架对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有更好的抗菌活性，随着支架中 Zn含量升高，复合支架的抗菌作用增强，差异具有统计学意义(P＜0.01)。细胞增殖实验显示 f-MWCNT/CS-0.2%Zn支架和 f-MWCNT/CS-1%Zn支架比f-MWCNT/CS支架对成骨细胞具有更好增殖作用，差异具有统计学意义（P＜0.05）。f-MWCNT/CS-2%Zn与 f-MWCNT/CS支架相比对成骨细胞的增殖作用较差，差异具有统计学意义（P＜0.05）。
　　结论：
　　本研究制备的f-MWCNT/CS-1%Zn复合支架各组份间具有稳定的化学结合，添加0.5%的f-MWCNT和1%的Zn对支架主体的CS晶体结构未产生明显的影响。f-MWCNT/CS-1%Zn复合支架具有良好的微观结构、力学性能、较优的抗菌活性及促进成骨细胞增殖性能，在骨组织工程领域具有应用潜能。

目录

声明

常用缩写词中英文对照表

前言

第一部分 功能化多壁碳纳米管/壳聚糖复合支架的制备、表征与细胞毒性研究

1 材料与方法

2 结 果

3 讨 论

4 结 论

第二部分 载锌功能化多壁碳纳米管/壳聚糖复合支架的制备、表征与生物性能研究

1 材料与方法

2 结 果

3 讨 论

4 结 论

参考文献

综述:壳聚糖在骨组织工程中的应用

附录

致谢

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