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(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)科與關(guān)節(jié)外科，遼寧省沈陽(yáng)市 110001；2東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院，遼寧省沈陽(yáng)市 110001)文章亮點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新在于分別通過陽(yáng)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(xì)胞共培養(yǎng)，結(jié)果證實(shí)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(xì)胞；國(guó)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(yàn)基金資助：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(81071449，50872019, 51002027)；遼寧省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)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(yáng)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(xì)胞MC-3T3-E1

3、共同培養(yǎng)，觀察細(xì)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(yáng)極氧化條件及磁場(chǎng)條件能制備不同管徑及管長(zhǎng)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(xì)胞明顯增殖，細(xì)胞形態(tài)良好，排列規(guī)則，細(xì)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(xì)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(zhǎng)良好，可見大量細(xì)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(xì)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(guó)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(guó)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(yùn)動(dòng)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(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院運(yùn)動(dòng)

6、醫(yī)學(xué)科與關(guān)節(jié)外科，遼寧省沈陽(yáng)市 110001 doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.03.002 中圖分類號(hào):R318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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(lái)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(diǎn)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(yáng)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(shí)驗(yàn)采用陽(yáng)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(xì)胞共培養(yǎng)觀察細(xì)胞的黏附、增殖及凋亡，細(xì)胞形態(tài)來(lái)檢測(cè)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(jì)：觀察學(xué)實(shí)驗(yàn)。時(shí)間及地點(diǎn)：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(shí)驗(yàn)室和中國(guó)醫(yī)科大學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室完成。材料：羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物生物相容性實(shí)驗(yàn)的主

17、要試劑及儀器：試劑與儀器來(lái)源胎牛血清、DMEM 培養(yǎng)基Hyclone細(xì)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(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司Annexin-V 凋亡試劑盒美國(guó)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(gòu)自美國(guó)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(wú)水乙醇超聲清洗10 min，蒸餾水沖洗3次后干燥。實(shí)驗(yàn)方法：TiO2 納米管的制備：采

18、用陽(yáng)極氧化技術(shù)制備TiO2納米管，通過控制實(shí)驗(yàn)條件(控制電壓及陽(yáng)極氧化時(shí)間)在鈦金屬表面制備不同孔徑及長(zhǎng)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(shí)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(shí)間為2 h，氧化電壓為60 V。所有實(shí)驗(yàn)都在室溫條件下進(jìn)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(yáng)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(shí)間為30 min。微觀形貌觀察：分別將陽(yáng)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(zhǎng)0.05°；TiO2 納米管通過掃描電鏡行能譜分析。成骨細(xì)胞MC-3T3-E1的培養(yǎng)：小鼠成骨細(xì)胞(MC-3T3-E1)購(gòu)自美國(guó)ATCC公司(American Type Culture Collection)。MC-3T3-E1細(xì)胞生長(zhǎng)于

20、含體積分?jǐn)?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?jǐn)?shù)5%CO2、37 的恒溫細(xì)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(xì)胞生長(zhǎng)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(xì)胞。納米羥基磷灰石/TiO2納米管的消毒及與MC-3T3-E1 細(xì)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(xì)胞培養(yǎng)基，將懸浮的MC-3T3-E1細(xì)胞加入培養(yǎng)基，細(xì)胞密度調(diào)為104/cm2 。細(xì)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(xì)胞的生長(zhǎng)：不同材料與細(xì)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(xì)胞生長(zhǎng)情況、細(xì)胞形態(tài)與細(xì)胞數(shù)量。掃描電鏡觀察共培養(yǎng)后細(xì)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(xì)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?jǐn)?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(xì)胞的黏附與增殖。共培養(yǎng)后的細(xì)胞凋亡檢測(cè)：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(xì)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(xì)胞。用含體積分?jǐn)?shù)10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)基重懸細(xì)胞。之后用PBS洗滌細(xì)胞，并將細(xì)胞濃度調(diào)到1×109 L-1。細(xì)胞凋亡檢測(cè)采用Annexin V-PI凋亡試劑盒。在商業(yè)鈦片上培養(yǎng)的細(xì)胞為陽(yáng)性對(duì)照組，在培養(yǎng)瓶中(未放入金屬片)培養(yǎng)的細(xì)胞作為陰性對(duì)照組。每100 mL的細(xì)胞懸液加入5 µL AnnexinV- FITC和5 µL PI。將細(xì)胞混勻，在室溫下避光條件下孵育15 min。樣品通過流式細(xì)胞儀檢測(cè)凋亡，繪制凋亡圖。主要觀察指標(biāo)：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(xì)胞MC-3T3-E1共同培養(yǎng)后，細(xì)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(yáng)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(shí)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(xì)胞MC-3T3-E1的生長(zhǎng)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(xì)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(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)良好，細(xì)胞的形態(tài)良好，未見復(fù)合物抑制細(xì)胞的生長(zhǎng)，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(jìn)細(xì)胞的增殖(圖3)。圖3 成骨細(xì)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(jìn)細(xì)胞的增殖。細(xì)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(xì)胞在不同材料上的黏附與增殖 圖4A顯示為小鼠成

27、骨細(xì)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(xì)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(xì)胞在復(fù)合物上的生長(zhǎng)狀態(tài)良好，細(xì)胞形態(tài)良好，可見細(xì)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(xì)胞在商業(yè)鈦金屬上的生長(zhǎng)情況，可見細(xì)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(xì)胞在不同材料上的凋亡情況 將小鼠成骨細(xì)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(xì)胞，使用Ann

28、exin-V與PI雙染后流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)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(xì)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(xì)胞的凋亡率是9.4%，而商業(yè)鈦金屬表面細(xì)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(xì)胞的凋亡(圖6)。2018161412108642細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞與不同金屬材料共培養(yǎng)3 d后的細(xì)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(xì)胞形態(tài)良好，細(xì)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(xì)胞形態(tài)良好，細(xì)胞伸出大量偽足黏附于材料表面。在商業(yè)鈦金屬上細(xì)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(xì)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(dá)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(diǎn)。因此開發(fā)一種新的支架材料來(lái)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(jì)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(zhǎng)度等。比如通過陽(yáng)極氧化技術(shù)制作的TiO2 納米管。文獻(xiàn)報(bào)道TiO2納米管可促進(jìn)金屬的骨整合，細(xì)胞黏附、增殖與分化等特點(diǎn)26-28。實(shí)驗(yàn)通過陽(yáng)極

34、氧化技術(shù)制備TiO2納米管，通過磁場(chǎng)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(jìn)行能譜分析，X射線衍射分析，掃描電鏡觀察。陽(yáng)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(jìn)骨整合、骨細(xì)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(xì)胞培養(yǎng)法是測(cè)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(jìn)成生物材料的活性，不同的形貌對(duì)骨細(xì)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(xì)胞，內(nèi)皮細(xì)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(jìn)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(jìn)骨整合。Bjursten 等32亦通過體內(nèi)實(shí)驗(yàn)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?fàn)坷芰μ岣?倍。實(shí)驗(yàn)證實(shí)TiO2納米管能夠促進(jìn)細(xì)胞的黏附與增殖，并且降低細(xì)胞凋亡；TiO2納米管相較于商業(yè)鈦金屬能夠提高近30%的細(xì)胞黏附率(24 h)，在材料與成

37、骨細(xì)胞共培養(yǎng)3 d后，TiO2 納米管組細(xì)胞增殖高于商業(yè)鈦金屬，增加了近50%的細(xì)胞增殖率；細(xì)胞凋亡實(shí)驗(yàn)顯示TiO2 納米管能夠降低細(xì)胞凋亡率。細(xì)胞在材料表面的黏附及增殖情況是評(píng)價(jià)生物材料生物相容性的一個(gè)重要指標(biāo)，也是材料組織工程學(xué)的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)將材料與成骨細(xì)胞共培養(yǎng)檢測(cè)成骨細(xì)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(jìn)細(xì)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(xì)胞黏附率(24 h)。在材料與成骨細(xì)胞共培養(yǎng)3 d后，納米羥基磷灰石/TiO2納米管組細(xì)胞增殖高于商業(yè)鈦金屬，增加了近70%

38、的細(xì)胞增殖率。細(xì)胞凋亡實(shí)驗(yàn)顯示，納米羥基磷灰石/TiO2納米管能夠降低細(xì)胞的凋亡率。通過掃描電鏡觀察細(xì)胞在納米羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合載體上的生長(zhǎng)狀態(tài)，可見細(xì)胞的形態(tài)良好，細(xì)胞伸出大量的偽足伸向材料表面。實(shí)驗(yàn)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(xiàn)：第一作者和通訊作者構(gòu)思并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并與第二、三、四、五、六作者共同分析文獻(xiàn)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(duì)本文負(fù)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(yǔ)：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(chǎng)的作用下，在電解質(zhì)溶

39、液(鍍液)中由陽(yáng)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(wú)抄襲剽竊，無(wú)泄密及署名和專利爭(zhēng)議，內(nèi)容及數(shù)據(jù)真實(shí)，文責(zé)自負(fù)。4 參考文獻(xiàn) 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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