P(VDF-TrFE)基功能薄膜表面电势调制及其与细胞的相互作用

发布时间：2024-01-25 19:18

　　生物材料与细胞的相互作用在细胞行为/组织形成上扮演了关键作用,而材料的表面电势是影响它们相互作用的重要因素之一。构建适合细胞/组织生长的表面电势微环境,是促进骨组织形成和骨整合的有效手段。然而,如何合理采用表面电势及其变化契合细胞生长需求,仍是当前生物材料研究的一个巨大挑战。本论文以材料表面电势静态和动态变化角度,揭示材料表面电势对细胞行为的影响和作用机制。采用具有优良生物兼容性和铁电性的聚偏氟乙烯三氟乙烯聚合物(P(VDF-TrFE)),通过电极化处理实现稳定的表面电势静态调制。在P(VDF-TrFE)中引入磁致伸缩性的铁酸钴(CoFe2O4)纳米颗粒,通过外磁场实现可控的表面电势动态调制。在此基础上,开展了表面电势静态与动态变化对细胞行为(粘附、增殖、分化和矿化)的影响,探讨了静态与动态表面电势介导的材料-细胞相互作用机理。主要取得了如下3方面的研究结果:1.P(VDF-TrFE)基薄膜制备及其表面电势静态或动态调制采用溶液浇铸法在Ti基板上制备了 P(VDF-TrFE)铁电薄膜,并通过接触极化法对所制得的P(VDF-TrFE)薄膜进行极化。控制极化电场强度,获得表面电势变化范围宽...

【文章页数】：121 页

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 材料表面与细胞的相互作用
        1.2.1 结构特性的影响
        1.2.2 化学特性的影响
        1.2.3 物理特性的影响
    1.3 材料表面电势对细胞生长行为的影响研究
        1.3.1 对细胞粘附和增殖的影响
        1.3.2 对细胞成骨分化的影响
        1.3.3 对细胞成骨分化的机制研究
    1.4 P(VDF-TrFE)材料及其生物学效应
        1.4.1 P(VDF-TrFE)的结构、性质及应用
        1.4.2 P(VDF-TrFE)的表面电势构建
        1.4.3 P(VDF-TrFE)表面电势与细胞相互作用的研究
    1.5 研究意义和内容
第二章 实验及表征方法
    2.1 实验原料与设备
    2.2 实验方法
        2.2.1 钛基底的清洗
        2.2.2 P(VDF-TrFE)薄膜的制备
        2.2.3 CFO/P(VDF-TrFE)磁电薄膜的制备
    2.3 材料学表征
        2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)
        2.3.2 透射电子显微镜(TEM)
        2.3.3 扫描探针显微镜(SPM)
        2.3.4 X射线衍射仪(XRD)
        2.3.5 傅里叶变换红外光谱学(FTIR)
        2.3.6 X射线光电子能谱仪(XPS)
        2.3.7 压电系数测量仪(d₃₃仪)
        2.3.8 振动样品磁强计(VSM)
        2.3.9 磁电测量系统
    2.4 生物学评价
        2.4.1 蛋白吸附及构象
        2.4.2 细胞粘附和增殖
        2.4.3 细胞形态
        2.4.4 细胞分化
            2.4.4.1 碱性磷酸酶(ALP)活性
            2.4.4.2 Ⅰ型胶原的(Col-Ⅰ)分泌
            2.4.4.3 骨钙素(OCN)分泌
        2.4.5 实时-聚合酶链反应(rt-PCR)
        2.4.6 细胞外基质(ECM)矿化
        2.4.7 蛋白免疫印迹(Western blotting)
    2.5 分子动力学模拟
        2.5.1 系统模型的建立
        2.5.2 系统模型的优化及运算
第三章 P(VDF-TrFE)基功能薄膜的制备及其表面电势的调制
    3.1 P(VDF-TrFE)薄膜的制备及其表面电势的静态调制
        3.1.1 薄膜制备与极化
        3.1.2 薄膜材料学表征
            3.1.2.1 表面形貌
            3.1.2.2 表面粗糙度
            3.1.2.3 晶相结构
            3.1.2.4 红外光谱
            3.1.2.5 表面成分
        3.1.3 薄膜表面电势的静态调制
            3.1.3.1 调制压电系数
            3.1.3.2 调制静态表面电势
            3.1.3.3 静态表面电势稳定性
    3.2 CFO/P(VDF-TrFE)磁电薄膜的制备及其表面电势的动态调制
        3.2.1 薄膜制备和极化
        3.2.2 CFO掺入量对薄膜材料学特性的影响
            3.2.2.1 表面形貌
            3.2.2.2 颗粒的分布
            3.2.2.3 晶相结构
            3.2.2.4 磁电耦合性能
        3.2.3 10%CFO含量薄膜的材料学表征
            3.2.3.1 表面形貌
            3.2.3.2 表面粗糙度
            3.2.3.3 元素组成及分布
            3.2.3.4 表面成分
            3.2.3.5 晶相结构
            3.2.3.6 红外光谱
        3.2.4 10%CFO含量薄膜表面电势的动态调制
            3.2.4.1 压电性能
            3.2.4.2 磁响应性
            3.2.4.3 调制动态表面电势
    3.3 本章小结
第四章 静态表面电势与前成骨细胞相互作用的评价和分析
    4.1 表面电势对细胞生长行为的影响
        4.1.1 细胞的粘附和增殖
        4.1.2 细胞形貌和铺展
        4.1.3 细胞的成骨分化
            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 矿化能力
            4.1.3.5 成骨相关基因表达
    4.2 表面电势对纤连蛋白吸附状态的影响
        4.2.1 吸附密度
        4.2.2 吸附构型
            4.2.2.1 绑定活性
            4.2.2.2 MD模拟
    4.3 表面电势对细胞成骨分化的作用机制
        4.3.1 对细胞整合素表达影响
        4.3.2 对整合素介导的成骨分化信号通路的影响
        4.3.3 作用机制分析
    4.4 本章小结
第五章 动态磁致表面电势与前成骨细胞相互作用的评价和分析
    5.1 磁致表面电势对细胞生长行为的影响
        5.1.1 磁致表面电势对细胞生长行为的影响
        5.1.2 磁致表面电势对单个生长阶段的影响
        5.1.3 磁致表面电势动态变化对细胞形貌的影响
        5.1.4 磁致表面电势动态变化对细胞成骨分化的影响
            5.1.4.1 ALP活性
            5.1.4.2 成骨基因表达
    5.2 磁致表面电势动态变化对纤连蛋白吸附状态的影响
        5.2.1 吸附密度
        5.2.2 吸附构型
            5.2.2.1 绑定活性
            5.2.2.2 MD模拟
    5.3 磁致表面电势动态变化对细胞成骨分化的作用机制
        5.3.1 对细胞整合素表达影响
        5.3.2 对整合素介导的成骨分化信号通路的影响
        5.3.3 作用机制分析
    5.4 本章小结
第六章 全文总结与展望
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他研究成果



本文编号：3885410