生物材料與細胞的相互作用在細胞行為/組織形成上扮演了關鍵作用,而材料的表面電勢是影響它們相互作用的重要因素之一。構建適合細胞/組織生長的表面電勢微環(huán)境,是促進骨組織形成和骨整合的有效手段。然而,如何合理采用表面電勢及其變化契合細胞生長需求,仍是當前生物材料研究的一個巨大挑戰(zhàn)。本論文以材料表面電勢靜態(tài)和動態(tài)變化角度,揭示材料表面電勢對細胞行為的影響和作用機制。采用具有優(yōu)良生物兼容性和鐵電性的聚偏氟乙烯三氟乙烯聚合物(P(VDF-TrFE)),通過電極化處理實現(xiàn)穩(wěn)定的表面電勢靜態(tài)調(diào)制。在P(VDF-TrFE)中引入磁致伸縮性的鐵酸鈷(CoFe2O4)納米顆粒,通過外磁場實現(xiàn)可控的表面電勢動態(tài)調(diào)制。在此基礎上,開展了表面電勢靜態(tài)與動態(tài)變化對細胞行為(粘附、增殖、分化和礦化)的影響,探討了靜態(tài)與動態(tài)表面電勢介導的材料-細胞相互作用機理。主要取得了如下3方面的研究結果:1.P(VDF-TrFE)基薄膜制備及其表面電勢靜態(tài)或動態(tài)調(diào)制采用溶液澆鑄法在Ti基板上制備了 P(VDF-TrFE)鐵電薄膜,并通過接觸極化法對所制得的P(VDF-TrFE)薄膜進行極化。控制極化電場強度,獲得表面電勢變化范圍寬...

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摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 材料表面與細胞的相互作用
        1.2.1 結構特性的影響
        1.2.2 化學特性的影響
        1.2.3 物理特性的影響
    1.3 材料表面電勢對細胞生長行為的影響研究
        1.3.1 對細胞粘附和增殖的影響
        1.3.2 對細胞成骨分化的影響
        1.3.3 對細胞成骨分化的機制研究
    1.4 P(VDF-TrFE)材料及其生物學效應
        1.4.1 P(VDF-TrFE)的結構、性質及應用
        1.4.2 P(VDF-TrFE)的表面電勢構建
        1.4.3 P(VDF-TrFE)表面電勢與細胞相互作用的研究
    1.5 研究意義和內(nèi)容
第二章 實驗及表征方法
    2.1 實驗原料與設備
    2.2 實驗方法
        2.2.1 鈦基底的清洗
        2.2.2 P(VDF-TrFE)薄膜的制備
        2.2.3 CFO/P(VDF-TrFE)磁電薄膜的制備
    2.3 材料學表征
        2.3.1 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.3.2 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.3.3 掃描探針顯微鏡(SPM)
        2.3.4 X射線衍射儀(XRD)
        2.3.5 傅里葉變換紅外光譜學(FTIR)
        2.3.6 X射線光電子能譜儀(XPS)
        2.3.7 壓電系數(shù)測量儀(d₃₃儀)
        2.3.8 振動樣品磁強計(VSM)
        2.3.9 磁電測量系統(tǒng)
    2.4 生物學評價
        2.4.1 蛋白吸附及構象
        2.4.2 細胞粘附和增殖
        2.4.3 細胞形態(tài)
        2.4.4 細胞分化
            2.4.4.1 堿性磷酸酶(ALP)活性
            2.4.4.2 Ⅰ型膠原的(Col-Ⅰ)分泌
            2.4.4.3 骨鈣素(OCN)分泌
        2.4.5 實時-聚合酶鏈反應(rt-PCR)
        2.4.6 細胞外基質(ECM)礦化
        2.4.7 蛋白免疫印跡(Western blotting)
    2.5 分子動力學模擬
        2.5.1 系統(tǒng)模型的建立
        2.5.2 系統(tǒng)模型的優(yōu)化及運算
第三章 P(VDF-TrFE)基功能薄膜的制備及其表面電勢的調(diào)制
    3.1 P(VDF-TrFE)薄膜的制備及其表面電勢的靜態(tài)調(diào)制
        3.1.1 薄膜制備與極化
        3.1.2 薄膜材料學表征
            3.1.2.1 表面形貌
            3.1.2.2 表面粗糙度
            3.1.2.3 晶相結構
            3.1.2.4 紅外光譜
            3.1.2.5 表面成分
        3.1.3 薄膜表面電勢的靜態(tài)調(diào)制
            3.1.3.1 調(diào)制壓電系數(shù)
            3.1.3.2 調(diào)制靜態(tài)表面電勢
            3.1.3.3 靜態(tài)表面電勢穩(wěn)定性
    3.2 CFO/P(VDF-TrFE)磁電薄膜的制備及其表面電勢的動態(tài)調(diào)制
        3.2.1 薄膜制備和極化
        3.2.2 CFO摻入量對薄膜材料學特性的影響
            3.2.2.1 表面形貌
            3.2.2.2 顆粒的分布
            3.2.2.3 晶相結構
            3.2.2.4 磁電耦合性能
        3.2.3 10%CFO含量薄膜的材料學表征
            3.2.3.1 表面形貌
            3.2.3.2 表面粗糙度
            3.2.3.3 元素組成及分布
            3.2.3.4 表面成分
            3.2.3.5 晶相結構
            3.2.3.6 紅外光譜
        3.2.4 10%CFO含量薄膜表面電勢的動態(tài)調(diào)制
            3.2.4.1 壓電性能
            3.2.4.2 磁響應性
            3.2.4.3 調(diào)制動態(tài)表面電勢
    3.3 本章小結
第四章 靜態(tài)表面電勢與前成骨細胞相互作用的評價和分析
    4.1 表面電勢對細胞生長行為的影響
        4.1.1 細胞的粘附和增殖
        4.1.2 細胞形貌和鋪展
        4.1.3 細胞的成骨分化
            4.1.3.1 ALP活性
            4.1.3.2 Collagen-Ⅰ分泌
            4.1.3.3 OCN分泌
            4.1.3.4 礦化能力
            4.1.3.5 成骨相關基因表達
    4.2 表面電勢對纖連蛋白吸附狀態(tài)的影響
        4.2.1 吸附密度
        4.2.2 吸附構型
            4.2.2.1 綁定活性
            4.2.2.2 MD模擬
    4.3 表面電勢對細胞成骨分化的作用機制
        4.3.1 對細胞整合素表達影響
        4.3.2 對整合素介導的成骨分化信號通路的影響
        4.3.3 作用機制分析
    4.4 本章小結
第五章 動態(tài)磁致表面電勢與前成骨細胞相互作用的評價和分析
    5.1 磁致表面電勢對細胞生長行為的影響
        5.1.1 磁致表面電勢對細胞生長行為的影響
        5.1.2 磁致表面電勢對單個生長階段的影響
        5.1.3 磁致表面電勢動態(tài)變化對細胞形貌的影響
        5.1.4 磁致表面電勢動態(tài)變化對細胞成骨分化的影響
            5.1.4.1 ALP活性
            5.1.4.2 成骨基因表達
    5.2 磁致表面電勢動態(tài)變化對纖連蛋白吸附狀態(tài)的影響
        5.2.1 吸附密度
        5.2.2 吸附構型
            5.2.2.1 綁定活性
            5.2.2.2 MD模擬
    5.3 磁致表面電勢動態(tài)變化對細胞成骨分化的作用機制
        5.3.1 對細胞整合素表達影響
        5.3.2 對整合素介導的成骨分化信號通路的影響
        5.3.3 作用機制分析
    5.4 本章小結
第六章 全文總結與展望
參考文獻
致謝
個人簡歷
攻讀學位期間發(fā)表的學術論文與取得的其他研究成果



本文編號：3885410