羟基磷灰石/氧化锌纳米棒复合涂层的制备及生物学表征

摘要

在医用金属基体表面设计、制备具有生物活性的涂层是当前生物材料研究领域的热点之一。生物活性涂层应能从分子水平上调控生物材料与细胞间的相互作用，主动刺激成骨细胞活性，促进骨组织生长和修复。本研究根据植入体-骨组织界面反应机理，针对植入早期移植体表面羟基磷灰石(HA)涂层细胞活性不足、骨整合速率较慢等问题，在基板表面设计并制备具有更高的蛋白活性与细胞活性的生物活性涂层，达到加快植入体-骨组织整合速率的目的。
　　本研究在基板表面设计并构建结合了微量金属离子释放特性和亲疏水微区结合特性的生物活性涂层。首先使用水热法在基板表面制备了均匀分布的ZnO纳米棒，之后对区域分布ZnO纳米棒的制备进行了探索。在此基础上，利用溶胶-凝胶法制备了HA/ZnO纳米棒复合涂层与HA/区域分布ZnO纳米棒复合涂层，该涂层得到较高的细胞相容性。本文主要研究内容和结果如下:
　　1.利用旋涂法制备的ZnO薄膜提供晶种，通过低温水热法在基板表面制备了均匀的的ZnO纳米棒，其表面亲水性具有光响应性。
　　2.通过微米点法、喷雾沉积法、模板法和PDMS压印法实现了区域分布的ZnO纳米棒的制备，其中模板法制备的ZnO纳米棒区域的大小与分布具有一定的可控性。
　　3.在已制备ZnO纳米棒的表面通过溶胶-凝胶法制备了HA/ZnO纳米棒复合涂层，复合涂层具有HA包裹部分ZnO纳米棒的结构，其表面具有光响应性。涂层能够在安全浓度范围内缓慢、持续的释放出Zn离子，并且具有蛋白吸附的双亲性，紫外照射可以进一步提高涂层的蛋白吸附能力。
　　4.利用区域分布ZnO纳米棒表面可以通过溶胶-凝胶法制备HA/区域分布ZnO纳米棒复合涂层，其结构是由HA/ZnO纳米棒微区与微区间的HA构成。这种复合涂层能够调节疏水性蛋白的吸附，并依然具有蛋白双亲性，体外细胞检测和细胞活性测试结果表明涂层对成骨样细胞的黏附与增殖的具有一定的促进作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 骨的结构与再生过程

1．3 骨修复生物活性涂层

1．3．1 生物玻璃和玻璃陶瓷涂层

1．3．2 高分子涂层

1．3．3 生物分子涂层

1．3．4 磷酸钙涂层

1．3．5 氧化物涂层

1．4 涂层结构性质与细胞活性

1．4．1 植入体-骨组织界面反应

1．4．2 微量金属离子在骨修复中的作用

1．4．3 植入体表面亲水性对细胞活性的影响

1．5 研究思路及研究内容

第二章 实验及表征方法

2．1 实验原料与设备

2．2 ZnO纳米棒及区域分布ZnO纳米棒的制备方法

2．2．1 ZnO纳米棒的制备方法

2．2．2 微米点法制备区域分布ZnO纳米棒

2．2．3 喷雾沉积法制备区域分布ZnO纳米棒

2．2．4 模板法制备区域分布ZnO纳米棒

2．2．5 PDMS压印法制备区域分布ZnO纳米棒

2．3 HA/ZnO纳米棒复合涂层的制备方法

2．4 材料学表征

2．4．1 X射线衍射(XRD)

2．4．2 扫描电子显微镜(SEM)

2．4．3 X射线能谱仪(EDX)

2．4．4 水接触角(CA)

2．4．5 等离子体发射光谱(ICP-AES)

2．5 Zn离子释放性能测试

2．6 生物学评价

2．6．1 蛋白吸附性能

2．6．2 细胞相容性评价

第三章 ZnO纳米棒的制备与表征

3．1 水热法制备ZnO纳米棒

3．2 微米点法制备区域分布ZnO纳米棒

3．3 喷雾沉积法制备区域分布ZnO纳米棒

3．4 模板法制备区域分布ZnO纳米棒

3．4．1 多孔模板的制备

3．4．2 利用多孔模板制备区域生长ZnO纳米棒

3．5 PDMS压印法制备区域分布ZnO纳米棒

3．6 小结

第四章 HA/ZnO纳米棒复合涂层的制备与表征

4．1 溶胶-凝胶法制备HA/ZnO纳米棒复合涂层及其表征

4．1．1 HA/ZnO纳米棒复合涂层的晶相和形貌

4．1．2 HA/ZnO纳米棒复合涂层的表面亲水性

4．1．3 HA/ZnO纳米棒复合涂层的体外Zn离子释放行为

4．1．4 HA/ZnO纳米棒复合涂层的体外蛋白吸附性能

4．2 HA/区域分布ZnO纳米棒复合涂层的制备及生物学表征

4．2．1 HA/区域分布ZnO纳米棒复合涂层的形貌和晶相

4．2．2 HA/区域分布ZnO纳米棒复合涂层的蛋白吸附测定

4．2．3 HA/区域分布ZnO纳米棒复合涂层的细胞学表征

4．3 小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果