碳/碳复合材料表面仿生胶原和RGD多肽生物活性涂层研究
发布时间：2021-08-13 23:17
碳/碳（C/C）复合材料是一种具有良好生物相容性的医用骨科植入材料,其表面疏水,属于生物惰性材料,直接植入生物体内易产生碳磨损颗粒。为了使C/C复合材料具有生物活性并减少碳磨损颗粒产生,需在其表面制备具有仿生结构的生物活性涂层。本文为提高C/C复合材料表面生物活性,根据C/C复合材料与人体组织接触区域和植入体用途的不同,分别制备了具有生物活性的软质和硬质涂层,以适应具体的应用要求。软质涂层制备是首先在双氧水改性后的C/C复合材料表面制备具有良好结合强度的胶原（COL）过渡涂层,再在其表面制备具有三维仿生结构的胶原/纳米羟基磷灰石（COL/nHA）支架涂层。硬质涂层制备是在C/C复合材料表面制备枝接有Arg-Gly-Asp（RGD）多肽的类石墨碳（GLC）涂层。主要研究内容和结论如下:采用混合酸氧化和双氧水氧化改性方法对C/C复合材料表面进行功能化处理。结果表明,混合酸氧化改性方法可以大幅提高C/C复合材料表面润湿性,表面接触角可达到26.3±4.5°,并生成了大量含氧官能团。但是改性后的C/C复合材料表面出现了热解碳基体剥落现象和S元素残留等问题,限制了该方法改性后基体的进一步应用。双...
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
论文的主要创新与贡献
第1章 绪论
1.1 引言
1.1.1 生物材料
1.1.2 医用碳材料
1.1.3 医用碳/碳复合材料
1.2 医用碳/碳复合材料表面生物活性涂层研究
1.2.1 碳基材料表面功能化研究
1.2.2 碳/碳复合材料表面功能化研究
1.2.3 碳/碳复合材料表面生物活性涂层研究
1.3 胶原仿生涂层和支架的应用
1.3.1 Ⅰ型胶原
1.3.2 胶原涂层和支架
1.3.3 胶原交联
1.3.4 胶原在传统生物材料表面的应用
1.4 RGD多肽的应用
1.4.1 RGD多肽
1.4.2 RGD多肽的固定
1.5 本课题的选题背景及意义
1.6 论文研究思路与主要研究内容
第2章 实验方法
2.1 实验材料与仪器
2.1.1 碳/碳复合材料
2.1.2 I型胶原
2.1.3 纳米羟基磷灰石
2.1.4 RGD多肽
2.1.5 实验用化学试剂
2.1.6 实验用生化试剂
2.1.7 实验仪器与设备
2.2 碳/碳复合材料表面氧化改性
2.2.1 混合酸氧化改性
2.2.2 双氧水氧化改性
2.3 I型胶原处理
2.3.1 P-COL溶液制备步骤
2.3.2 C-COL溶液制备步骤
2.4 碳/碳复合材料表面胶原基生物活性涂层制备和交联
2.4.1 胶原过渡涂层制备
2.4.2 胶原过渡涂层EDC交联
2.4.3 胶原过渡涂层DHT交联
2.4.4 胶原/纳米羟基磷灰石多孔支架涂层制备
2.5 碳/碳复合材料表面RGD多肽枝接类石墨碳涂层制备
2.5.1 类石墨碳涂层制备
2.5.2 类石墨碳涂层改性
2.5.3 RGD多肽负载
2.5.4 RGD多肽固定
2.6 碳/碳复合材料及其表面涂层的材料学表征和性能测试
2.6.1 表面显微结构和形貌表征
2.6.2 表面润湿性能测试
2.6.3 表面化学状况表征
2.6.4 涂层相组成表征
2.6.5 表面粗糙度测试
2.6.6 胶原过渡涂层粘接强度测试
2.6.7 胶原/纳米羟基磷灰石支架压缩强度测试
2.6.8 类石墨碳涂层附着力测试
2.7 碳/碳复合材料及其表面涂层的生物学表征和性能测试
2.7.1 成骨细胞培养和种植
2.7.2 细胞黏附和增殖测试
2.7.3 细胞形貌观察
2.7.4 成骨细胞矿化骨结节染色
2.7.5 RT-PCR过程
2.7.6 RT-PCR结果观察
2.8 本章小结
第3章 碳/碳复合材料表面氧化改性及表征
3.1 引言
3.2 混合酸氧化改性碳/碳复合材料
3.2.1 实验方法
3.2.2 表面润湿角测试
3.2.3 表面XPS分析
3.2.4 表面Raman光谱分析
3.2.5 表面形貌变化分析
3.2.6 力学性能分析
3.2.7 混合酸氧化改性对碳/碳复合材料的损伤
3.3 双氧水氧化改性碳/碳复合材料
3.3.1 实验方法
3.3.2 表面润湿角测试
3.3.3 表面XPS分析
3.3.4 表面Raman光谱分析
3.3.5 表面形貌变化分析
3.4 H-C/C基体细胞学评价
3.4.1 成骨细胞黏附与增殖
3.4.2 成骨细胞在C/C基体表面形貌
3.4.3 成骨细胞在H-C/C基体表面形貌观察
3.4.4 成骨细胞在H-C/C基体表面大尺寸孔隙中特殊的形貌
3.5 C/C表面形貌对成骨细胞铺展影响的分析
3.6 本章小结
第4章 胶原自组装过渡涂层制备及性能研究
4.1 引言
4.2 C-COL胶原涂层的制备和测试性能分析
4.2.1 初始溶液pH值对C-COL胶原涂层表面形貌的影响
4.2.2 初始溶液pH值对C-COL胶原涂层评价粗糙度的影响
4.2.3 初始溶液pH值对涂层与H-C/C基体粘接强度的影响
4.2.4 pH值对C-COL胶原涂层细胞黏附和增殖的影响
4.3 交联方法对C-COL涂层与H-C/C基体粘接强度的影响
4.3.1 EDC交联实验方法
4.3.2 EDC交联对C-COL涂层与H-C/C基体粘接强度的影响
4.3.3 DHT交联实验方法
4.3.4 DHT交联对C-COL涂层与H-C/C基体粘接强度的影响
4.4 DHT交联参数对COL过渡涂层的影响
4.4.1 DHT交联温度和时间对COL涂层和H-C/C基体粘接强度的影响
4.4.2 DHT交联温度和时间对COL涂层表面成骨细胞黏附和增殖的影响
4.5 本章小结
第5章 COL/nHA仿生多孔支架涂层的制备及性能研究
5.1 引言
5.2 COL/NHA支架涂层制备及性能评估
5.2.1 支架涂层ART-FTIR分析
5.2.2 支架涂层XRD分析
5.2.3 支架涂层形貌分析
5.2.4 力学性能分析
5.3 COL/NHA支架涂层的细胞学评价
5.3.1 成骨细胞的黏附与增殖
5.3.2 成骨细胞在COL/nHA支架涂层表面的黏附
5.3.3 成骨细胞矿化诱导后细胞形貌
5.4 成骨细胞矿化检测
5.4.1 Control组RT-PCR结果
5.4.2 支架材料的RT-PCR结果
5.5 本章小结
第6章 GLC-C/C复合材料表面固定RGD多肽的研究
6.1 引言
6.2 碳/碳复合材料表面类石墨碳涂层的制备及性能检测
6.2.1 GLC涂层的制备方法
6.2.2 宏观形貌分析
6.2.3 Raman光谱分析
6.2.4 XPS分析
6.2.5 力学性能分析
6.3 双氧水氧化改性GLC涂层
6.3.1 实验方法
6.3.2 GLC涂层形貌分析
6.3.3 Raman光谱分析
6.3.4 润湿角测试分析
6.3.5 XPS测试分析
6.3.6 GLC涂层脱落原理
6.4 GLC涂层表面枝接RGD多肽
6.4.1 实验方法
6.4.2 MC3T3-E1成骨细胞黏附与增殖
6.4.3 MC3T3-E1成骨细胞形貌观察
6.5 本章小结
结论
参考文献
附录A RNA FAST200试剂盒说明
附录B PRIMESCRIPT RT反转录试剂盒说明
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3341312
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【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
论文的主要创新与贡献
第1章 绪论
1.1 引言
1.1.1 生物材料
1.1.2 医用碳材料
1.1.3 医用碳/碳复合材料
1.2 医用碳/碳复合材料表面生物活性涂层研究
1.2.1 碳基材料表面功能化研究
1.2.2 碳/碳复合材料表面功能化研究
1.2.3 碳/碳复合材料表面生物活性涂层研究
1.3 胶原仿生涂层和支架的应用
1.3.1 Ⅰ型胶原
1.3.2 胶原涂层和支架
1.3.3 胶原交联
1.3.4 胶原在传统生物材料表面的应用
1.4 RGD多肽的应用
1.4.1 RGD多肽
1.4.2 RGD多肽的固定
1.5 本课题的选题背景及意义
1.6 论文研究思路与主要研究内容
第2章 实验方法
2.1 实验材料与仪器
2.1.1 碳/碳复合材料
2.1.2 I型胶原
2.1.3 纳米羟基磷灰石
2.1.4 RGD多肽
2.1.5 实验用化学试剂
2.1.6 实验用生化试剂
2.1.7 实验仪器与设备
2.2 碳/碳复合材料表面氧化改性
2.2.1 混合酸氧化改性
2.2.2 双氧水氧化改性
2.3 I型胶原处理
2.3.1 P-COL溶液制备步骤
2.3.2 C-COL溶液制备步骤
2.4 碳/碳复合材料表面胶原基生物活性涂层制备和交联
2.4.1 胶原过渡涂层制备
2.4.2 胶原过渡涂层EDC交联
2.4.3 胶原过渡涂层DHT交联
2.4.4 胶原/纳米羟基磷灰石多孔支架涂层制备
2.5 碳/碳复合材料表面RGD多肽枝接类石墨碳涂层制备
2.5.1 类石墨碳涂层制备
2.5.2 类石墨碳涂层改性
2.5.3 RGD多肽负载
2.5.4 RGD多肽固定
2.6 碳/碳复合材料及其表面涂层的材料学表征和性能测试
2.6.1 表面显微结构和形貌表征
2.6.2 表面润湿性能测试
2.6.3 表面化学状况表征
2.6.4 涂层相组成表征
2.6.5 表面粗糙度测试
2.6.6 胶原过渡涂层粘接强度测试
2.6.7 胶原/纳米羟基磷灰石支架压缩强度测试
2.6.8 类石墨碳涂层附着力测试
2.7 碳/碳复合材料及其表面涂层的生物学表征和性能测试
2.7.1 成骨细胞培养和种植
2.7.2 细胞黏附和增殖测试
2.7.3 细胞形貌观察
2.7.4 成骨细胞矿化骨结节染色
2.7.5 RT-PCR过程
2.7.6 RT-PCR结果观察
2.8 本章小结
第3章 碳/碳复合材料表面氧化改性及表征
3.1 引言
3.2 混合酸氧化改性碳/碳复合材料
3.2.1 实验方法
3.2.2 表面润湿角测试
3.2.3 表面XPS分析
3.2.4 表面Raman光谱分析
3.2.5 表面形貌变化分析
3.2.6 力学性能分析
3.2.7 混合酸氧化改性对碳/碳复合材料的损伤
3.3 双氧水氧化改性碳/碳复合材料
3.3.1 实验方法
3.3.2 表面润湿角测试
3.3.3 表面XPS分析
3.3.4 表面Raman光谱分析
3.3.5 表面形貌变化分析
3.4 H-C/C基体细胞学评价
3.4.1 成骨细胞黏附与增殖
3.4.2 成骨细胞在C/C基体表面形貌
3.4.3 成骨细胞在H-C/C基体表面形貌观察
3.4.4 成骨细胞在H-C/C基体表面大尺寸孔隙中特殊的形貌
3.5 C/C表面形貌对成骨细胞铺展影响的分析
3.6 本章小结
第4章 胶原自组装过渡涂层制备及性能研究
4.1 引言
4.2 C-COL胶原涂层的制备和测试性能分析
4.2.1 初始溶液pH值对C-COL胶原涂层表面形貌的影响
4.2.2 初始溶液pH值对C-COL胶原涂层评价粗糙度的影响
4.2.3 初始溶液pH值对涂层与H-C/C基体粘接强度的影响
4.2.4 pH值对C-COL胶原涂层细胞黏附和增殖的影响
4.3 交联方法对C-COL涂层与H-C/C基体粘接强度的影响
4.3.1 EDC交联实验方法
4.3.2 EDC交联对C-COL涂层与H-C/C基体粘接强度的影响
4.3.3 DHT交联实验方法
4.3.4 DHT交联对C-COL涂层与H-C/C基体粘接强度的影响
4.4 DHT交联参数对COL过渡涂层的影响
4.4.1 DHT交联温度和时间对COL涂层和H-C/C基体粘接强度的影响
4.4.2 DHT交联温度和时间对COL涂层表面成骨细胞黏附和增殖的影响
4.5 本章小结
第5章 COL/nHA仿生多孔支架涂层的制备及性能研究
5.1 引言
5.2 COL/NHA支架涂层制备及性能评估
5.2.1 支架涂层ART-FTIR分析
5.2.2 支架涂层XRD分析
5.2.3 支架涂层形貌分析
5.2.4 力学性能分析
5.3 COL/NHA支架涂层的细胞学评价
5.3.1 成骨细胞的黏附与增殖
5.3.2 成骨细胞在COL/nHA支架涂层表面的黏附
5.3.3 成骨细胞矿化诱导后细胞形貌
5.4 成骨细胞矿化检测
5.4.1 Control组RT-PCR结果
5.4.2 支架材料的RT-PCR结果
5.5 本章小结
第6章 GLC-C/C复合材料表面固定RGD多肽的研究
6.1 引言
6.2 碳/碳复合材料表面类石墨碳涂层的制备及性能检测
6.2.1 GLC涂层的制备方法
6.2.2 宏观形貌分析
6.2.3 Raman光谱分析
6.2.4 XPS分析
6.2.5 力学性能分析
6.3 双氧水氧化改性GLC涂层
6.3.1 实验方法
6.3.2 GLC涂层形貌分析
6.3.3 Raman光谱分析
6.3.4 润湿角测试分析
6.3.5 XPS测试分析
6.3.6 GLC涂层脱落原理
6.4 GLC涂层表面枝接RGD多肽
6.4.1 实验方法
6.4.2 MC3T3-E1成骨细胞黏附与增殖
6.4.3 MC3T3-E1成骨细胞形貌观察
6.5 本章小结
结论
参考文献
附录A RNA FAST200试剂盒说明
附录B PRIMESCRIPT RT反转录试剂盒说明
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3341312
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