基于聚多巴胺粘附层生物学修饰聚乳酸及其细胞相容性研究

发布时间：2017-06-30 21:16

  本文关键词：基于聚多巴胺粘附层生物学修饰聚乳酸及其细胞相容性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：聚乳酸(PLA)因其良好的机械性能、可加工性能、可生物降解等性能,而被广泛用于骨组织修复领域。然而,其本身又有一定的局限性,如:亲水性较差、细胞相容性不够理想、缺乏成骨和成血管化功能等。通过对PLA材料表面进行生物学修饰,可以有效改善PLA材料的上述性能。作为贻贝粘附蛋白的关键成分,多巴胺(DOPA)几乎可以粘附在任何材料的表面,有效改善材料表面的亲水性和细胞相容性;尤为重要的是,其形成的聚多巴胺(PDOPA)层可以作为二级反应平台,在基体材料表面进一步修饰生物活性分子,赋予基体材料优异的生物学性能。为此,本文首先选用聚(D、L-乳酸)(PDLLA)作为基体材料,利用溶液浇注法制备成膜,基于DOPA在碱性条件下的氧化自聚合反应对其进行改性,得到一系列不同浓度的DOPA改性的PDLLA/PDOPA-x复合膜,利用SEM、AFM、接触角和表面能对改性前后的表面形貌、亲疏水性及表面能进行观察测试。结果表明:经DOPA改性之后,PDLLA膜表面的形貌发生了明显的变化,粗糙度明显增大,亲水性得到了提高,表面能增大,最终确定出DOPA合适的反应浓度为2 g/L。鉴于壳寡糖(COS)具有优异的生物相容性、良好的成骨活性和水溶性,本文在上述实验的基础上,进一步以PDOPA层为反应平台,引入不同浓度的COS,从而制得不同浓度的COS功能化的PDLLA/PDOPA-COS-y复合膜。利用SEM、AFM、接触角、表面能、FTIR和XPS对改性前后的表面形貌、亲疏水性、表面能、化学结构和表面元素进行观察测试。实验结果表明:DOPA和COS改性之后,光滑的PDLLA膜表面出现了明显的沟槽或突起结构,且粗糙度明显增大。与纯的PDLLA膜相比,PDLLA/PDOPA和PDLLA/PDOPA-COS复合膜的亲水性均得到了提高,表面能也相应增大。FTIR和XPS分析进一步证实了DOPA和COS被成功引入到材料表面,同时确定了材料表面氮元素的含量及COS的合适反应浓度为4 g/L。以该浓度制得的复合膜作为评价细胞相容性的实验材料,以MC3T3-E1作为种子细胞对改性前后的膜材料进行体外细胞培养实验。材料的成骨细胞实验表明:与纯的PDLLA膜相比,PDLLA/PDOPA和PDLLA/PDOPA-COS复合膜对MC3T3-E1的增殖、分化及碱性磷酸酶(ALP)的分泌均具有明显的促进作用。复合膜PDLLA/PDOPA与PDLLA/PDOPA-COS相比,PDLLA/PDOPA对MC3T3-E1的增殖效果更明显,而PDLLA/PDOPA-COS在促进MC3T3-E1的分化及ALP的分泌方面具有更明显的优势。鉴于去铁胺(DFO)在血管的再生过程中发挥着重要的作用,本文在上述实验基础上,进一步以PDOPA层为反应平台,引入不同浓度的DFO,从而制得不同浓度的DFO功能化的PDLLA/PDOPA-DFO-z复合膜。利用SEM、AFM、接触角、表面能、FTIR和XPS对改性前后的表面形貌、亲疏水性、表面能、化学结构和化学元素进行观察测试。实验结果表明:与纯的PDLLA膜相比,PDLLA/PDOPA-DFO和PDLLA/PDOPA-DFO复合膜的表面形貌发生了明显的变化,表面有大量的凸起结构,粗糙度明显增大。且复合膜的亲水性明显得到了提高,表面能也相应增大,相比之下,PDLLA/PDOPA-DFO复合膜的改善效果更明显。FTIR和XPS分析进一步证实了DOPA和DFO被成功引入到材料表面,同时确定了材料表面氮元素的含量及DFO的合适反应浓度为2 g/L。以该浓度制得的复合膜作为细胞相容性评价的实验材料,以MC3T3-E1和HUVECs作为种子细胞对改性前后的膜材料进行体外细胞培养实验。材料的细胞实验表明:对于MC3T3-E1而言,与纯的PDLLA膜相比,PDLLA/PDOPA和PDLLA/PDOPA-DFO复合膜对MC3T3-E1的粘附、增殖和铺展均具有一定的促进作用。对比PDLLA/PDOPA和PDLLA/PDOPA-DFO两种复合膜,可以发现PDLLA/PDOPA更有利于促进MC3T3-E1的粘附、增殖和铺展。对于HUVECs而言,与纯的PDLLA膜相比,PDLLA/PDOPA和PDLLA/PDOPA-DFO复合膜对HUVECs的粘附、增殖和铺展,均具有明显的促进作用。对比PDLLA/PDOPA和PDLLA/PDOPA-DFO两种复合膜,可以发现PDLLA/PDOPA-DFO在促进HUVECs的粘附、增殖和铺展方面均表现出了绝对的优势。
【关键词】：成骨成血管化 聚乳酸 多巴胺 壳寡糖 去铁胺 表面改性 细胞相容性
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.08;R687
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 前言10-21
• 1.1 骨组织工程研究现状10-12
• 1.2 人工骨组织修复材料12-17
• 1.3 多巴胺黏附蛋白在生物材料表面改性中的应用进展17-19
• 1.4 本论文的立题依据、研究内容与创新点19-21
• 第二章 PDOPA修饰的PDLLA膜的制备与表征21-29
• 2.1 引言21
• 2.2 主要实验材料与仪器21-22
• 2.3 实验部分22-23
• 2.4 分析与表征23
• 2.5 结果与讨论23-28
• 2.6 小结28-29
• 第三章 基于PDOPA粘附层在PDLLA膜表面固定COS及其对MC3T3-E1的影响29-50
• 3.1 引言29-30
• 3.2 主要实验材料与仪器30-32
• 3.3 实验部分32
• 3.4 分析与表征32-35
• 3.5 结果与讨论35-49
• 3.6 小结49-50
• 第四章 基于PDOPA修饰的PDLLA表面固定DFO及其对MC3T3-E1和HUVECs的影响50-69
• 4.1 引言50-51
• 4.2 主要实验材料与仪器51-53
• 4.3 实验部分53
• 4.4 分析与表征53-54
• 4.5 结果与讨论54-68
• 4.6 小结68-69
• 第五章 结论69-71
• 参考文献71-84
• 在学期间发表论文及书籍84-85
• 致谢85-86

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