聚吡咯—聚多巴胺复合涂层结合直流电刺激对细胞的影响
发布时间：2020-04-13 23:34
【摘要】：钛及钛合金因其优异的生物相容性,优良的加工性等性能而被广泛应用于金属骨移植,牙种植体等生物医学领域。由于钛与骨组织之间仅为机械性骨整合而非骨性结合,钛表面的生物活性材料的涂层研究引起了广泛关注。导电高分子作为一类有机材料,在生物医学领域具有广泛的应用前景,如应用于体外或可植入电极的细胞记录和刺激,导电支架的细胞支持,组织工程等。聚吡咯(PPy)作为导电高分子,具有优良导电性,化学稳定性,生物相容性,同时制备简单,能够结合阴离子型生物分子,得到了广泛的研究,尤其是作为生物涂层材料具有很大应用前景。聚多巴胺(PDA)是一种表面修饰材料,具有简单、安全、有效和节省成本的特点,满足骨组织工程的需要。PDA的粘附功能是与骨组织再生相关的最具优势的特征之一。它可以作为不同骨生物基质界面上的修饰剂,改善它们的界面特性,为组织结构提供大量的选择。理想的骨植入材料在具有良好的生物相容性和骨诱导活性的同时,还能够响应外界刺激,对细胞的附着、铺展、增殖以及生物功能表达起着重要的调节作用。细胞黏附依赖于蛋白的吸附。一层被吸附的蛋白质将细胞粘附在生物材料表面上,由于蛋白质的带电性质,外部电刺激的作用将会影响蛋白质在材料表面的附着。本文研究了以不同方式结合的聚吡咯与聚多巴胺的复合涂层与电刺激对细胞的协同作用,在兼顾涂层对种植体表面的黏附性的同时,响应外部微电流的刺激,提高植入成功率。本论文主要由两个部分组成,主要研究内容和研究结果如下:1)两步法制备PPy-PDA纳米复合涂层,探究其与电刺激对小鼠胚胎成骨细胞前体MC3T3-E1细胞的协同作用。通过两步电化学沉积的方法,制备PPy纳米线形貌的涂层,并探究不同沉积方式对PPy形貌的影响。结果表明,0.85 V恒电位电化学沉积250 s条件下能在钛片上得到覆盖均匀,尺寸均一的纳米线,直径约50 nm。将制得的PPy纳米线材料浸入多巴胺聚合溶液中,利用弱碱性条件下多巴胺的自聚,对PPy纳米线进行表面修饰。多巴胺溶液聚合时间对材料形貌具有显著影响,聚合6 h后能得到均匀覆盖PPy纳米线表面的PPy-PDA纳米复合涂层。结果表明该PPy-PDA涂层材料氧化还原活性显著,稳定性高,附着力强,同时保持一定的导电性。为探究涂层对MC3T3-E1细胞在电刺激下的作用,自制一种电刺激装置,培养一段时间后观察细胞形态,检测细胞在材料表面的黏附与增殖,碱性磷酸酶(ALP)活性,BCA蛋白质含量。结果表明结合电刺激后,细胞在测试材料表面得到更好的增殖、铺展,BCA蛋白质含量提高,细胞新陈代谢能力增强,ALP活性检测结果表明,电刺激有助于MC3T3-E1细胞的矿化成骨。2)一步法制备PPy-PDA共聚涂层,探究其与电刺激对MC3T3-E1细胞和小鼠成纤维细胞L929的协同作用。通过一步电沉积PPy与PDA的混合溶液制备PPy-PDA复合涂层,并对材料进行相应的性能表征。实验结果表明,该涂层材料具有更粗糙的表面,使得材料能促进细胞的黏附与增殖,提高组织相容性。细胞实验表明PPy-PDA共聚涂层具有优异的生物相容性。尤其在探究材料与电刺激对L929细胞的作用时,观察了细胞在材料表面的生长状况,绘制细胞的生长曲线,结果表明,结合电刺激后的PPy-PDA共聚材料能大大促进细胞的黏附、增殖。
【图文】：
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本文编号：2626583
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