羥基磷灰石TiO納米管復(fù)合物的生物相容性

1、羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物的生物相容性張杭州1，孫 羽1，王 琳1，田 昂2，薛向欣2，白希壯1 (1中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院運動醫(yī)學(xué)科與關(guān)節(jié)外科，遼寧省沈陽市 110001；2東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院，遼寧省沈陽市 110001)文章亮點：實驗的創(chuàng)新在于分別通過陽極氧化技術(shù)及電沉積技術(shù)成功制備了TiO2納米管及納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合載體，將材料與成骨細胞共培養(yǎng)，結(jié)果證實納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物具有良好的生物相容性，是良好的骨組織內(nèi)置物。 關(guān)鍵詞：生物材料；納米材料；生物相容性；TiO2納米管；羥基磷灰石；成骨細胞；國家自然科學(xué)基金主題詞：生物相容性材料；納米粒；納

2、米管；硬羥基磷灰石；材料試驗基金資助：國家自然科學(xué)基金面上項目(81071449，50872019, 51002027)；遼寧省教育廳科學(xué)研究項目(L2010645)摘要背景：羥基磷灰石具有優(yōu)良的生物相容性，但目前缺少納米羥基磷灰石/TiO2 納米管復(fù)合物生物相容性的相關(guān)研究。目的：分析納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物的生物相容性。方法：先通過陽極氧化技術(shù)在鈦金屬表面制備TiO2納米管，后采用電沉積技術(shù)制備納米羥基磷灰石/TiO2 納米管復(fù)合物，在掃描電鏡下觀察復(fù)合物的表面形貌。將納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物、TiO2納米管形貌鈦金屬和商業(yè)鈦金屬分別與小鼠成骨細胞MC-3T3-E1

3、共同培養(yǎng)，觀察細胞在支架上的黏附、增殖及凋亡。結(jié)果與結(jié)論：通過改變陽極氧化條件及磁場條件能制備不同管徑及管長的TiO2納米管，以及不同形貌的納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物。倒置顯微鏡觀察共培養(yǎng)3 d后，TiO2 納米管形貌鈦金屬及納米羥基磷灰石/ TiO2納米管復(fù)合物周圍的細胞明顯增殖，細胞形態(tài)良好，排列規(guī)則，細胞增殖情況優(yōu)于商業(yè)鈦金屬組。掃描電鏡觀察共培養(yǎng)3 d后，細胞在TiO2納米管形貌鈦金屬及納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物上生長良好，可見大量細胞偽足附著于其上；納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物組的細胞凋亡率7.8%小于TiO2納米管形貌鈦金屬組的9.4%及商業(yè)純鈦金屬組的

4、13.5%，表明納米羥基磷灰石/TiO2納米管具有良好的生物相容性。張杭州，孫羽，王琳，田昂，薛向欣，白希壯. 羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物的生物相容性J.中國組織工程研究，2014，18(3):335-340.Biocompatibility of hydroxyapatite/TiO2 nanotube composites Zhang Hang-zhou1, Sun Yu1, Wang Lin1, Tian Ang2, Xue Xiang-xin2, Bai Xi-zhuang1 (1Department of Sports Medicine and Joint Surgery, F

5、irst Affiliated Hospital of China Medical University, Shenyang 110001, Liaoning Province, China; 2School of Materials and Metallurgy, Northeastern University, Shenyang 110001, Liaoning Province, China)張杭州，男，1984年生，山東省淄博市人，漢族，中國醫(yī)科大學(xué)在讀博士，主要從事關(guān)節(jié)置換、膝關(guān)節(jié)運動損傷及生物材料的相關(guān)研究。通訊作者：白希壯，博士，博士生導(dǎo)師，主任醫(yī)師，中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院運動

6、醫(yī)學(xué)科與關(guān)節(jié)外科，遼寧省沈陽市 110001 doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.03.002 中圖分類號:R318文獻標識碼:A文章編號:2095-4344(2014)03-00335-06稿件接受：2013-10-06Zhang Hang-zhou, Studying for masters degree, Department of Sports Medicine and Joint Surgery, First Affiliated Hospital of China Medical University, Shen

7、yang 110001, Liaoning Province, ChinaCorresponding author: Bai Xi-zhuang, M.D., Doctoral supervisor, Chief physician, Department of Sports Medicine and Joint Surgery, First Affiliated Hospital of China Medical University, Shenyang 110001, Liaoning Province, ChinaAccepted: 2013-10-06AbstractBACKGROUN

8、D: Hydroxyapatite has excellent biocompatibility, but biocompatibility of nano-hydroxyapatite/TiO2 nanotube composites is rarely reported.OBJECTIVE: To evaluate the biocompatibility of nano-hydroxyapatite/TiO2 nanotube composites. METHODS: First, the TiO2 nanotubes were fabricated on the surface of

9、the titanium by anodic oxidation technique. Second, the nano-hydroxyapatite/TiO2 nanotube composites were fabricated by electrodeposition technique. The surface morphology of the composites was observed by scanning electron microscopy. Mouse osteoblasts MC-3T3-E1 were co-cultured with the nano-hydro

10、xyapatite/TiO2 nanotube composites, TiO2 nanotubes and titanium, and commercially pure titanium to observe the cell adhesion, proliferation and necrosis on scaffolds. RESULTS AND CONCLUSION: The morphology of the TiO2 nanotubes and nano-hydroxyapatite/TiO2 nanotube composites could be controlled by

11、altering the conditions of the anodic oxidation and electrodeposition. Under the inverted microscope, after 3 days of co-culture with TiO2 nanotubes and nano-hydroxyapatite/TiO2 nanotube composites, MC-3T3-E1 cells proliferated well with regular shape and arrangement that were superior to those on c

12、ommercially pure titanium. Under scanning electron microscope, the cell were adhered and proliferated well on the surface of the TiO2 nanotubes and nano-hydroxyapatite/TiO2 nanotube composites after 3 days. Apoptosis rate of the cells was significantly reduced on the surface of nano-hydroxyapatite/T

13、iO2 nanotube composites (7.8%) compared with TiO2 nanotubes (9.4%) and commercially pure titanium (13.5%), indicating nano-hydroxyapatite/TiO2 nanotube composites have good biocompatibility.Subject headings: biocompatible materials; nanoparticles; nanotubes; durapatit; materials testingFunding: the

14、National Natural Science Foundation of China, No. 81071449, 50872019, 51002027; the Scientific Research Project of Liaoning Educational Bureau, No. L2010645Zhang HZ, Sun Y, Wang L, Tian A, Xue XX, Bai XZ. Biocompatibility of hydroxyapatite/TiO2 nanotube composites. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2

15、014;18(3):335-340.0 引言 Introduction由于創(chuàng)傷造成的骨折、骨性關(guān)節(jié)炎和各種疾病(如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，發(fā)育性髖臼發(fā)育不良等)引起的骨骼系統(tǒng)損傷在臨床上越來越常見，這些損傷常常需要骨折固定或置換人工關(guān)節(jié)1-2。骨組織材料的生物相容性是骨科內(nèi)植物系統(tǒng)的重點內(nèi)容。羥基磷灰石是骨科常用的骨組織填充材料，它具有良好的生物相容性3-10。鈦金屬及其合金因具有良好的生物相容性已被廣泛應(yīng)用于骨科及牙科11-12。目前臨床上常通過離子濺射方法將羥基磷灰石涂于金屬表面，但通過離子濺射的方法往往造成羥基磷灰石的生物活性降低，并且通過離子濺射涂于金屬表面的涂層易剝脫13。目前，隨著納米技術(shù)

16、的快速發(fā)展，可通過陽極氧化技術(shù)改性鈦金屬表面形貌，提高材料的生物生物相容性并可做為良好的生物載體，比如攜帶蛋白質(zhì)、抗生素等14-16。實驗采用陽極氧化技術(shù)與電沉積技術(shù)制備納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合體，體外通過與成骨細胞共培養(yǎng)觀察細胞的黏附、增殖及凋亡，細胞形態(tài)來檢測納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合體的生物相容性，探討納米技術(shù)在骨科生物材料領(lǐng)域的應(yīng)用。1 材料和方法 Materials and methods 設(shè)計：觀察學(xué)實驗。時間及地點：于2012年5月至2013年4月在東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院實驗室和中國醫(yī)科大學(xué)中心實驗室完成。材料：羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物生物相容性實驗的主

17、要試劑及儀器：試劑與儀器來源胎牛血清、DMEM 培養(yǎng)基Hyclone細胞培養(yǎng)瓶、0.25%胰酶 武漢博士得硝酸、氫氟酸、2.5%戊二醛國藥集團化學(xué)試劑有限公司Annexin-V 凋亡試劑盒美國BD公司Hitachi-S3400掃描電鏡 S-3400 日本日立公司商業(yè)純鈦金屬：購自美國阿爾法公司，純度99.9%，將金屬切割成直徑2 cm、厚度為1 mm的金屬片，先用600#- 1 200#的砂紙逐步拋光金屬表面，之后用40%的氫氟酸與65%的硝酸混合液(37)浸泡金屬片5 min，以去除金屬表面的金屬氧化層，無水乙醇超聲清洗10 min，蒸餾水沖洗3次后干燥。實驗方法：TiO2 納米管的制備：采

18、用陽極氧化技術(shù)制備TiO2納米管，通過控制實驗條件(控制電壓及陽極氧化時間)在鈦金屬表面制備不同孔徑及長度的納米管。第1步是采用乙二醇加上0.5%的NH4F作為第1步的電解液，氧化時間為 2 h，氧化電壓為60 V。第2步的電解液是在第1步電解液的基礎(chǔ)上加上0.75%的HF，氧化時間為2 h，氧化電壓為60 V。所有實驗都在室溫條件下進行。隨后將TiO2納米管在500 條件下烘干。納米羥基磷灰石/TiO2 納米管的制備：應(yīng)用電化學(xué)沉積法制備羥基磷灰石涂層的工藝如下：以TiO2 納米管金屬片為陰極，鉑片為陽極17。電解液為10-4 mol/L 的 Ca (NO3) 2 與NH4H2PO4，其中C

19、a/P 為1. 6。通過HNO3和NH4OH將 pH值調(diào)至6。電流密度為1.5 mA/cm2 ，沉積時間為30 min。微觀形貌觀察：分別將陽極氧化技術(shù)制作的TiO2納米管及通過電沉積技術(shù)制作的納米羥基磷灰石/TiO2 納米管復(fù)合物表面噴金后，掃描電鏡觀察表面形貌；通過X射線衍射儀分析復(fù)合物，分析條件為：銅靶，管電流30 mA，管電壓40 kV，步長0.05°；TiO2 納米管通過掃描電鏡行能譜分析。成骨細胞MC-3T3-E1的培養(yǎng)：小鼠成骨細胞(MC-3T3-E1)購自美國ATCC公司(American Type Culture Collection)。MC-3T3-E1細胞生長于

20、含體積分數(shù)10%胎牛血清，100 U/mL 青霉素和100 mg/L鏈霉素的DMEM培養(yǎng)基中，置于含體積分數(shù)5%CO2、37 的恒溫細胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每2 d更換新的培養(yǎng)基。二三天后當(dāng)細胞生長至鋪滿培養(yǎng)瓶的80%，用不含EDTA 的0.25%胰蛋白酶消化，按13的比例傳代細胞。納米羥基磷灰石/TiO2納米管的消毒及與MC-3T3-E1 細胞共培養(yǎng)：將制備好的納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物、TiO2納米管形貌鈦金屬和商業(yè)鈦金屬采用環(huán)氧乙烷消毒，之后放入6孔板，加入細胞培養(yǎng)基，將懸浮的MC-3T3-E1細胞加入培養(yǎng)基，細胞密度調(diào)為104/cm2 。細胞培養(yǎng)液每2 d更換1次。倒置顯微鏡觀察共

21、培養(yǎng)后細胞的生長：不同材料與細胞共培養(yǎng)3 d后，將6孔板置于倒置顯微鏡下觀察材料周圍的細胞生長情況、細胞形態(tài)與細胞數(shù)量。掃描電鏡觀察共培養(yǎng)后細胞的黏附與增殖：商業(yè)鈦金屬、TiO2納米管形貌鈦金屬、納米羥基磷灰石/TiO2納米圖1 掃描電鏡觀察不同材料表面形貌Figure 1 The surface topography of different materials under scanning electron microscope 圖注：(1) 圖中A為商業(yè)鈦金屬(×500)；B為TiO2納米管形貌鈦金屬 (×50 000)；C為納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物(&#

22、215;20 000)。(2) 商業(yè)鈦金屬雖經(jīng)拋光，但在微觀上觀察仍粗糙，存在較大的顆粒突出。TiO2納米管形貌鈦金屬中TiO2納米管排列規(guī)則，垂直于鈦金屬基底。納米羥基磷灰石/TiO2 納米管復(fù)合物的表面生成的納米羥基磷灰石涂層。 管復(fù)合材料分別與MC-3T3-E1細胞共培養(yǎng)3 d后，取出材料，將材料用2.5%戊二醛固定30 min，分別經(jīng)過體積分數(shù)70%，80%，90%，95%，100%的乙醇梯度脫水， 之后將材料行真空干燥后噴金， 用掃描電鏡觀察復(fù)合材料上細胞的黏附與增殖。共培養(yǎng)后的細胞凋亡檢測：商業(yè)鈦金屬、TiO2納米管形貌鈦金屬、納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合材料分別與MC-3T

23、3-E1細胞共培養(yǎng)3 d后，用不含有0.03% EDTA 的0.25 %胰蛋白酶消化細胞。用含體積分數(shù)10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)基重懸細胞。之后用PBS洗滌細胞，并將細胞濃度調(diào)到1×109 L-1。細胞凋亡檢測采用Annexin V-PI凋亡試劑盒。在商業(yè)鈦片上培養(yǎng)的細胞為陽性對照組，在培養(yǎng)瓶中(未放入金屬片)培養(yǎng)的細胞作為陰性對照組。每100 mL的細胞懸液加入5 µL AnnexinV- FITC和5 µL PI。將細胞混勻，在室溫下避光條件下孵育15 min。樣品通過流式細胞儀檢測凋亡，繪制凋亡圖。主要觀察指標：將納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物、Ti

24、O2納米管形貌鈦金屬和商業(yè)鈦金屬分別與小鼠成骨細胞MC-3T3-E1共同培養(yǎng)后，細胞在支架上的黏附、增殖及凋亡。2 結(jié)果 Results 2.1 掃描電鏡觀察商業(yè)鈦金屬、TiO2納米管形貌鈦金屬、納米羥基磷灰石/TiO2 納米管復(fù)合物的表面形貌 見圖1。圖1為商業(yè)鈦金屬、TiO2納米管形貌鈦金屬與納米羥基磷灰石/TiO2 納米管復(fù)合載體表面形貌的掃描電鏡圖片，可見商業(yè)鈦金屬雖經(jīng)拋光，但在微觀上觀察仍粗糙，存在較大的顆粒突出；經(jīng)陽極氧化技術(shù)生成的TiO2納米管排列規(guī)則，垂直于鈦金屬基底。EDX 分析示TiO2 納米管的主要化學(xué)成分為TiO2(圖2A)。圖1C為TiO2納米管經(jīng)過電沉積處理后生成的

25、納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物，經(jīng)X射線衍射分析涂層證實涂層成分基本成分為羥基磷灰石(圖2B)。2.2 倒置顯微鏡觀察不同材料周圍小鼠成骨細胞MC-3T3-E1的生長情況 TiO2納米管形貌鈦金屬、納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物與小鼠成骨細胞MC-3T3-E1共培養(yǎng)3 d后，經(jīng)倒置顯微鏡觀察可見復(fù)合物周圍的細胞生長狀態(tài)良好，細胞的形態(tài)良好，未見復(fù)合物抑制細胞的生長，與商業(yè)鈦金屬相比較可見納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物能夠促進細胞的增殖(圖3)。圖3 成骨細胞在商業(yè)鈦金屬、TiO2納米管形貌鈦金屬與納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物表面的增殖Figure 3 Osteobla

26、st proliferation on the surface of nano-hydroxyapatite/TiO2 nanotube composites, TiO2 nanotubes and titanium and commercially pure titanium 圖注：與商業(yè)鈦金屬相比較，TiO2納米管形貌鈦金屬與納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物能夠促進細胞的增殖。細胞數(shù)/mm21801601401201008060402006 h 24 h 72 h 120 h商業(yè)鈦TiO2納米管納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物2.3 細胞在不同材料上的黏附與增殖 圖4A顯示為小鼠成

27、骨細胞MC-3T3-E1在納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物上的增殖情況，圖4B顯示為小鼠成骨細胞MC-3T3-E1在TiO2納米管形貌鈦金屬上的增殖情況，可見兩組細胞在復(fù)合物上的生長狀態(tài)良好，細胞形態(tài)良好，可見細胞的大量偽足附著于復(fù)合物上，說明納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合體具有良好的生物相容性。圖4C顯示小鼠成骨細胞在商業(yè)鈦金屬上的生長情況，可見細胞伸出的偽足少于TiO2納米管形貌鈦金屬及納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物組。2.4 細胞在不同材料上的凋亡情況 將小鼠成骨細胞MC-3T3-E1與納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物共培養(yǎng)3 d后，經(jīng)胰酶消化材料表面的細胞，使用Ann

28、exin-V與PI雙染后流式細胞術(shù)檢測凋亡情況(圖5)，結(jié)果顯示納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物上的細胞凋亡率(早期凋亡與晚期凋亡)為7.8%，TiO2納米管形貌鈦金屬表面細胞的凋亡率是9.4%，而商業(yè)鈦金屬表面細胞的凋亡率為13.5%，說明納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物不僅具有良好的生物相容性，而且能降低黏附在其上細胞的凋亡(圖6)。2018161412108642細胞凋亡率(%)納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物TiO2納米管商業(yè)鈦圖6 小鼠成骨細胞在商業(yè)鈦金屬、TiO2納米管形貌鈦金屬與納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物表面的凋亡率Figure 6 The apoptosi

29、s rate of mouse osteoblasts on the surface of nano-hydroxyapatite/TiO2 nanotube composites, TiO2 nanotubes and titanium and commercially pure titanium圖注：說明納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物具有良好的生物相容性，而且能降低黏附在其上細胞的凋亡。B A 能譜分析顯示TiO2納米管形貌鈦金屬表面主要物質(zhì)是TiO2 X射線衍射分析電沉積處理后的納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物材料成功沉積羥基磷灰石涂層。 圖2 TiO2納米管形貌鈦金屬的能譜分

30、析及X射線衍射分析Figure 2 Energy-dispersive X-ray spectroscopy and X-ray diffraction analysis of TiO2 nanotubes 圖注：圖中A為能譜分析顯示TiO2納米管形貌鈦金屬表面主要物質(zhì)是TiO2；B為X射線衍射分析電沉積處理后的納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物材料成功沉積羥基磷灰石涂層。 CBA B A 圖4 掃描電鏡觀察小鼠成骨細胞與不同金屬材料共培養(yǎng)3 d后的細胞增殖情況Figure 4 Proliferation of mouse osteoblasts 3 days after co-cultur

31、e with the nano-hydroxyapatite/TiO2 nanotube composites, TiO2 nanotubes and titanium and commercially pure titanium under scanning electron microscope 圖注：(1) 圖中A為與納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物共培養(yǎng)(×1 000)；B為與TiO2納米管形貌鈦金屬共培養(yǎng)(×2000)；C為與商業(yè)鈦金屬共培養(yǎng) (×2 500)。(2) 在納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物上的小鼠成骨細胞形態(tài)良好，細胞伸出大量偽足黏

32、附于材料表面。在TiO2納米管形貌鈦金屬上的小鼠成骨細胞形態(tài)良好，細胞伸出大量偽足黏附于材料表面。在商業(yè)鈦金屬上細胞黏附較差，與材料黏結(jié)不緊密。A B A CBC 納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物 TiO2納米管形貌鈦金屬 商業(yè)鈦金屬圖 5 小鼠成骨細胞在商業(yè)鈦金屬、TiO2納米管形貌鈦金屬與納米羥基磷灰石/TiO2 納米管復(fù)合物表面的凋亡Figure 5 Mouse osteoblast apoptosis on the surface of nano-hydroxyapatite/TiO2 nanotube composites, TiO2 nanotubes and titanium

33、 and commercially pure titanium 3 討論 Discussion目前臨床上常用的生物型人工關(guān)節(jié)為使用離子濺射技術(shù)涂層的羥基磷灰石涂層3-10。 離子濺射技術(shù)的溫度常常達到200 左右，高溫可使羥基磷灰石涂層活性降低，且附著在商業(yè)鈦金屬及其他金屬如鈷鉻鉬合金的涂層有易脫落的缺點。因此開發(fā)一種新的支架材料來避免目前臨床上所使用的支架材料極為關(guān)鍵。TiO2納米管興起于20世紀90年代末期，通過納米技術(shù)可以控制材料的納米孔徑，管徑長度等。比如通過陽極氧化技術(shù)制作的TiO2 納米管。文獻報道TiO2納米管可促進金屬的骨整合，細胞黏附、增殖與分化等特點26-28。實驗通過陽極

34、氧化技術(shù)制備TiO2納米管，通過磁場電沉積技術(shù)在二氧化鈦納米管上沉積羥基磷灰石涂層。通過該技術(shù)可使羥基磷灰石牢固地附著于材料表面，避免羥基磷灰石涂層從鈦金屬表面剝脫。將制備的羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物進行能譜分析，X射線衍射分析，掃描電鏡觀察。陽極氧化技術(shù)處理鈦金屬表面后成功制備管徑均勻，垂直于鈦金屬基底的TiO2納米管序列。納米管管徑大小為80 nm。能譜分析顯示納米管表面成分為TiO2。通過電沉積技術(shù)成功制備納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合體，X射線衍射分析成分示涂層表面成分以羥基磷灰石為主。 已知羥基磷灰石具有良好的生物相容性，能極大地促進骨整合、骨細胞活性等功能3-10。目前臨

35、床上常用的技術(shù)是離子濺射技術(shù)生成材料表面羥基磷灰石涂層3-10。采用離子濺射羥基磷灰石涂層的缺點主要有降低羥基磷灰石涂層的生物活性，羥基磷灰石涂層易脫落；并且采用羥基磷灰石離子濺射方法不能保持其他生物分子的活性。實驗通過電沉積技術(shù)將羥基磷灰石沉積于TiO2 納米管金屬上成功制備納米羥基磷灰石/TiO2 納米管復(fù)合物，該技術(shù)的優(yōu)點在于在羥基磷灰石沉積的過程中能保持低溫(小于80 )。較低的溫度能夠保持羥基磷灰石的生物活性29。 細胞培養(yǎng)法是測定新型生物材料的常用方法。Cooper27指出內(nèi)植物表面形貌能影響內(nèi)植物體內(nèi)骨結(jié)合，通過改變生物材料表面形貌能促進成生物材料的活性，不同的形貌對骨細胞有著不

36、同的影響。Webster等28指出生物材料形貌(TiO2納米管)影響著成骨細胞，內(nèi)皮細胞的黏附、增殖、分化及凋亡等行為。Brammer 等30指出通過改變生物材料表面形貌及成分能夠促進骨整合。von Wilmowsky 等31通過將TiO2納米管內(nèi)植物植入豬模型， 經(jīng)過組織學(xué)檢查，也發(fā)現(xiàn)TiO2納米管能夠促進骨整合。Bjursten 等32亦通過體內(nèi)實驗證明納米結(jié)構(gòu)組的骨組織與材料接觸率高于非納米材料。納米結(jié)構(gòu)比非納米結(jié)構(gòu)材料的抗牽拉能力提高5倍。實驗證實TiO2納米管能夠促進細胞的黏附與增殖，并且降低細胞凋亡；TiO2納米管相較于商業(yè)鈦金屬能夠提高近30%的細胞黏附率(24 h)，在材料與成

37、骨細胞共培養(yǎng)3 d后，TiO2 納米管組細胞增殖高于商業(yè)鈦金屬，增加了近50%的細胞增殖率；細胞凋亡實驗顯示TiO2 納米管能夠降低細胞凋亡率。細胞在材料表面的黏附及增殖情況是評價生物材料生物相容性的一個重要指標，也是材料組織工程學(xué)的關(guān)鍵。實驗將材料與成骨細胞共培養(yǎng)檢測成骨細胞在納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合載體上的黏附、增殖及凋亡等情況，結(jié)果顯示納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合載體能促進細胞的黏附。納米羥基磷灰石/TiO2納米管相較于商業(yè)鈦金屬能夠提高近35%的細胞黏附率(24 h)。在材料與成骨細胞共培養(yǎng)3 d后，納米羥基磷灰石/TiO2納米管組細胞增殖高于商業(yè)鈦金屬，增加了近70%

38、的細胞增殖率。細胞凋亡實驗顯示，納米羥基磷灰石/TiO2納米管能夠降低細胞的凋亡率。通過掃描電鏡觀察細胞在納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合載體上的生長狀態(tài)，可見細胞的形態(tài)良好，細胞伸出大量的偽足伸向材料表面。實驗初步證明納米羥基磷灰石/ TiO2納米管復(fù)合體具有良好的生物相容性。作者貢獻：第一作者和通訊作者構(gòu)思并設(shè)計實驗，并與第二、三、四、五、六作者共同分析文獻資料，第一作者起草，經(jīng)通訊作者審校，第一作者及通訊作者對本文負責(zé)。利益沖突：文章及內(nèi)容不涉及相關(guān)利益沖突。倫理要求：沒有與相關(guān)倫理道德沖突的內(nèi)容。學(xué)術(shù)術(shù)語：電沉積-是在材料表面獲得金屬鍍層的主要方法之一，在直流電場的作用下，在電解質(zhì)溶

39、液(鍍液)中由陽極和陰極構(gòu)成回路，使溶液中的金屬離子沉積到陰極鍍件表面上的過程。作者聲明：文章為原創(chuàng)作品，無抄襲剽竊，無泄密及署名和專利爭議，內(nèi)容及數(shù)據(jù)真實，文責(zé)自負。4 參考文獻 References1 Lentino JR.Prosthetic joint infections: Bane of orthopedists, challenge for infectious disease specialists.Clin Infect Dis. 2003;36:1157-1161.2 Darouiche RO. Treatment of infections associated with

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