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有机锶涂层的制备及其促进成骨的研究

【摘要】:钛及钛合金具有良好的力学性能和生物相容性,在骨修复材料领域有着广泛的应用。作为钛表面的一种微纳结构,TiO_2纳米管因其结构独特、制备简单、耐腐蚀性高等优势在药物载体应用上受到了巨大的关注,但钛和TiO_2纳米管都存在生物活性不足的问题。为了提高纯钛和TiO_2纳米管的成骨活性,本文结合多巴胺强粘附、海藻酸钠修饰等技术,在纯钛表面和TiO_2纳米管中构建有机锶涂层进行改性研究,并探究锶离子的释放行为及对纯钛和TiO_2纳米管生物活性的影响。(1)利用多巴胺的强粘附作用将海藻酸钠接枝在钛表面,结合海藻酸钠对锶的螯合制备有机锶涂层。通过对改性后的样品进行SEM、FT-IR和XPS的测试分析确定了有机锶涂层的成功制备。接触角测试表明有机锶涂层提高了材料表面的亲水性。ICP测试显示负载1wt%和5wt%SrCl_2后单位面积(cm~2)Sr含量达到了10.21μg和15.90μg。锶离子释放实验表明Sr的总释放时间长达1个月,促进了Sr在体内长期有效地发挥成骨活性。MTT测试表明有机锶涂层样品均具有较好的细胞活性。SEM细胞形态图和荧光显微镜图像上显示Sr掺入对MG63细胞的粘附和伸展都有促进的效果。细胞增殖实验和ALP活性的测试也证实了Sr的负载可以刺激MG63细胞的增殖、分化并增强ALP活性。(2)通过阳极氧化法在钛表面构建了TiO_2纳米管,采用静电吸附和价键接枝的方法向纳米管中负载有机锶涂层,并在表面制备壳聚糖涂层控制锶的释放。SEM测试表明制备的TiO_2纳米管管径约为130nm、管长约为16μm,在NT管口和管隙生成了大量凝胶状均匀分布的海藻酸锶,并且TEM测试表明海藻酸锶凝胶进入到NT管内。FT-IR谱图证实了SA涂层的成功制备,并且Sr的负载没有改变SA的结构。ICP测试表明TiO_2纳米管对Sr具有很好的存贮能力,表面负载的CS涂层能有效地减缓Sr的释放。MTT测试显示有机锶涂层具有较低的细胞毒性。荧光显微镜图像表明Sr能有效地促进细胞的粘附。细胞增殖和ALP活性研究证实了Sr能够促进细胞的增值和分化,提高了Ti O_2纳米管的生物活性。综上所述,在纯钛表面和TiO_2纳米管中构建的有机锶涂层不仅减缓了锶离子的释放速度,使锶的释放长达一个月,而且能有效地提高纯钛和Ti O_2纳米管的生物活性,有望在骨修复领域得到广泛的应用。

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