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羟基磷灰石球形颗粒表面微形貌构建

2019-12-25

    目前对支架表面微形貌的研究主要集中在支架表面微观几何结构, 包括晶粒尺寸、微纳尺度孔隙、表面粗糙度及特殊的表面区域等。通过对材料表面微米、纳米及微纳米多级结构的研究, 发现增大比表面积、改进表面形貌或调节表面电性等手段, 可以影响材料的溶解与再沉积、材料与蛋白质的相互作用, 引导细胞粘附、增殖和分化, 调控植入体组织周围免疫反应, 从而在骨诱导中起着重要作用[16-18]。但对磷酸钙生物陶瓷表面微形貌的研究主要集中在通过微加工技术在二维陶瓷平面上制备微纳图案(如沟槽、台阶、凹坑、凸柱等)来观察细胞效应, 很少针对三维支架本身开展研究, 其主要原因是很难用常规的微加工技术在硬而脆的陶瓷支架表面制作微结构。此外, 目前主要通过改变原料晶粒尺寸、烧结温度来调控生物陶瓷支架材料的表面微形貌。随着烧结温度的降低, 生物陶瓷的微孔数量(孔径小于10 mm)增加, 当烧结温度分别为1150℃和1250℃时, HA的微形貌由微孔数量和晶粒尺寸共同决定。但上述方法对同一制备体系中的生物陶瓷支架表面微形貌的调控有限。

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    通过调节溶胶-凝胶体系中羟基磷灰石(HA)粉末和甲壳素(Chitin)的质量比, 制备具有不同表面微形貌的HA球形颗粒。扫描电子显微镜(SEM)表征结果显示: 随着HA/Chitin质量比从4/1增加到35/1, 球形颗粒的表面微形貌发生了明显变化, 由粗糙渐趋平滑, 微米级皱褶逐渐减少至消失, 微孔隙率从(35%±0.8%)减少到(10.4%±0.7%)。体外细胞培养的结果表明具有微米级皱褶, 微孔隙率较高的粗糙表面具有引导干细胞铺展和增殖的作用, 微孔隙率低的平滑表面则具有引导干细胞轴向延伸及骨向分化的趋势。同时, HA球形颗粒表面微形貌对干细胞表面特征性抗原标志物的表达具有调控作用。

    

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