软刻蚀方法制备二氧化钛微图形及其相关性质研究

摘要

深入研究仿生工程化生物材料表面的几何性质与物化性能及其生物学性能是改进和设计第三代生物材料的关键。在众多生物材料中，TiO2因其良好的生物相容性而成为人们近几年的研究热点。现有的TiO2表面微纳图形的制备技术主要包括模版法，阳极氧化法和浓碱处理法等。这些方法制备出的是不规则，无序的表面微纳结构。本研究结合微加工技术中的软刻蚀技术和溶胶凝胶法制备出规则的，有序的，单一成分的TiO2微米级沟槽，并对其物化性质和生物相容性进行研究。在软刻蚀中，用聚二甲基硅氧烷(PDMS)复制具有微图形的硅模板得到具有微沟槽PDMS弹性印章。在溶胶凝胶法中，以钛酸四丁酯为前驱体制备TiO2溶胶，经过微图形转移，最终得到锐钛矿型TiO2微沟槽。表面能检测表明具有TiO2沟槽样品比平面TiO2的表面能要小，且与微图形的尺寸相关(γ12μm＜γ20μm＜γ40μm＜γflat surfaces)。TiO2微沟槽样品表面吸附蛋白能力要高于平板表面，且TiO2沟槽样品在整个吸附过程中具有两个解吸附的过程。诱导矿化实验表明TiO2沟槽较平面TiO2更能使磷酸钙(CaP)的形核趋于有序化，且在早期生成的晶核基本上按照微图形的趋向排列。骨细胞培养实验表明TiO2沟槽能在前期约束细胞的形貌和生长状态，使细胞按沟槽的走向生长。对于短期细胞培养(培养时间少于一个星期)，微图形化TiO2表面的细胞的繁殖速率和ALP活性都低于平面样品，其趋势与表面能的趋势一致。本文研究成果对生物材料表面设计和功能应用具有一定的借鉴意义。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1医用钛及钛合金

1.1.1 Ti在医用材料中的应用

1.1.2 TiO2在医用材料中的重要作用

1.2材料表面微纳几何结构的研究

1.2.1材料表面微纳几何结构对生物矿化的影响

1.2.2材料表面微纳几何结构对细胞行为的影响

1.3 TiO2表面微纳图形的制备方法和研究现状

1.4软刻蚀技术简介

1.4.1软刻蚀关键技术

1.4.2聚二甲基硅氧烷(PDMS)简介

1.4.3软刻蚀制备表面微纳图形的几种方法

1.4.4软刻蚀方法制备TiO2表面微图形的研究现状

1.4.5溶胶凝胶法制备TiO2简介

1.5研究目的及内容

1.5.1研究创新性及研究目的

1.5.2研究内容

1.6技术路线

第2章 TiO2微图形制备和表征

2.1引言

2.2材料与方法

2.2.1实验步骤

2.2.2.样品的表征

2.3结果与讨论

2.3.1软刻蚀方法制备的TiO2微图形

2.3.2 TiO2晶相分析

2.3.3 FTIR分析

2.3.4接触角分析

2.3.5 TiO2沟槽的蛋白吸附性

2.4小结

2.5结论

第3章 TiO2沟槽对生物矿化的影响研究

3.1引言

3.2材料与方法

3.2.1实验步骤

3.3结果与讨论

3.3.1表面形貌的SEM分析

3.3.2 XRD分析

3.4讨论

3.5结论

第4章 TiO2沟槽对成骨细胞行为的影响

4.1引言

4.2材料与方法

4.2.1实验材料的准备

4.2.2细胞培养实验

4.2.3样品的表征

4.3结果与讨论

4.3.1 OM对细胞生长初期的观察

4.3.2 SEM对细胞形貌的观察

4.3.2细胞生长趋向性分析

4.3.3 Alamar Blue检测

4.3.4 ALP检测

4.5讨论

4.6结论

结 论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文