《基於微納圖形與表面修飾協同效應的仿生礦化研究》是依託西南交通大學，由魯雄擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於微納圖形與表面修飾協同效應的仿生礦化研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：魯雄
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬從仿生的角度出發，模擬天然骨中的礦化機制，通過新型微加工和微製造的方法，對臨床上常用的生物醫用材料表面微納米尺度的幾何形貌和物理化學性質進行設計，並與表面改性相結合，探討不同微納結構特徵與表面功能團對磷酸鈣仿生礦化協同效應。力圖揭示基底材料和表面微圖形對磷酸鈣仿生礦化的協同作用規律，闡明磷酸鈣晶體在表面微納結構調控下的形核過程和生長機理。並與材料計算相結合，在原子分子層次上對晶體生長界面的微納結構、界面附近溶液成分、界面的物質輸運和界面反應進行深入研究。預期結果希望能進一步闡明調控磷酸鈣晶體生長的界面熱力學與動力學問題，為特定結構功能的磷酸鈣可控生長奠定理論基礎。同時，期望能解釋表面微納結構和生物活性的關係，即如何通過改善表面微納結構來更好實現生物兼容並誘導磷酸鈣的礦化，為植入性生物材料的表面與結構設計提供依據。
結題摘要
本項目從仿生的角度出發，模擬天然骨中的礦化機制，通過新型微加工和微製造的方法，對臨床上常用的生物醫用材料表面微納結構的幾何形貌和物理化學性質進行設計，並與表面改性相結合，探討不同微納結構特徵與表面功能團對磷酸鈣仿生礦化協同效應。完成具體工作包括如下幾個方面。在鈦基體表面合成了具有微納結構的TiO2納米線，並通過此種納米線誘導仿生礦化。利用模擬體液研究羥基磷灰石在具有微納結構鈦表面的仿生礦化。在水熱環境中，以TiO2納米管作為模板調控晶體形核，通過尿素熱分解反應控制環境氣氛調控晶體生長，從而製備出具有六方特徵的羥基磷灰石,並結合計算機模擬討論晶體生長機理。通過冷凍乾燥法製備有三維微結構的殼聚糖/羥基磷灰石、殼聚糖/明膠複合多孔材料，研究具有三維微納結構的支架材料在仿生條件下礦化過程。通過微轉移模塑法，製得了多種殼聚糖微圖形（圓形點陣、方形點陣、溝槽和波浪），研究發現不同微圖形對細胞的分化和增殖有不同影響。結合轉移微模塑法及自組裝技術，將牛血清白蛋白和殼聚糖在鈦基片上自組裝，得到交叉圖案的複合微圖形，研究了成骨細胞在其表面的行為。對鈦表面進行仿生功能化，採用化學交聯，納米顆粒包裹，層層自組裝等方法，在鈦表面固定蛋白，多肽，胺基酸，並研究具有微納結構的功能化鈦表面在體外/體內誘導組織再生的情況。在功能化的鈦表面製備了殼聚糖和骨形態發生蛋白BMP-2的複合塗層，在保持BMP-2活性的基礎上，實現了BMP-2的緩慢釋放，研究了其在體內的誘導成骨情況。結合電化學沉積等方法，將生物活性陶瓷，納米銀等與生物分子共同固定在鈦表面。研究仿生功能化生物材料表面對細胞行為的影響，完成相關樣品的動物實驗，最佳化了誘導和刺激骨整合的生物材料表面，驗證了微納結構化與仿生功能化的協同效應。此外，研究了蛋白，多肽，胺基酸對礦化影響機理，初步完成了一些理論模型工作。本研究結果進一步闡明了調控磷酸鈣晶體生長的分子機制，為特定結構功能的磷酸鈣可控生長提供理論基礎。同時，進一步解釋表面微納結構和生物活性的關係，即如何通過改善表面微納結構來更好實現生物活性與組織再生，為植入性生物材料的表面與結構設計提供依據。
