聚氨酯表面形貌对细胞分化行为的影响

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1、硕士学位论文聚氨酯表面形貌对细胞分化行为的影响性作者姓名王欢学科专业生物医学工程指导教师吴刚教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月EffectofsurfacetopographyofpolyurethaneoncelldifferentiationbehavioursADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WangHuanSupervisor：P.Wu.GangSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,ChinaII分类号：R318学校代号：10561学号：

2、201420115439华南理工大学硕士学位论文聚氨酯表面形貌对细胞分化行为的影响作者姓名：王欢指导教师姓名、职称：吴刚教授申请学位级别：理学硕士学科专业名称：生物医学工程研究方向：生物医用材料论文提交日期：2018年4月4日论文答辩日期：2018年5月31日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：曹晓东委员：施雪涛、杭飞、方立明、吴刚IV摘要生物材料的表面性质对其生物相容性至关重要。由于材料表面组成和结构复杂性，且存在一定的相互干扰与制约，影响了人们准确了解材料表面性质和结构对细胞生物学行为的影响。虽然在表面规则形貌对细胞行为影响有较多的研究，但该方法

3、对于目前绝大多数的生物材料成型制备方法并不完全适用。因此，通过常规方法构建出规则性相对弱一些的材料表面形貌研究其对细胞行为的影响，仍然具有很大实际意义。聚氨酯是众所周知的生物相容性材料，由于其可控的化学结构，使聚氨酯材料同时也具备了可控的降解性能、力学性能，被广泛用于心血管支架材料、矫形材料、心脏瓣膜以及组织工程支架材料等。本研究以聚氨酯为基础材料，通过在该材料中分别掺入不同颗粒大小（48~100目、100~160目、160~300目）和不同颗粒含但相同颗粒大小（100~160目）的羟基磷灰石（HAP）和氧化锆（ZrO2）依次构成几个系列的表面粗糙度不同的聚氨酯凸型膜（HA-x组；

4、HA-Dx组；Z-x组和Z-Dx组）；同时用NaCl为造孔剂，制备了一系列孔径不同的聚氨酯凹型膜(N1-3组)。分析测试结果表明，通过对相关工艺的调控，能够获得具有可控表面粗糙度的聚氨酯膜。研究以上述膜为基础材料，选用小鼠间充质干细胞（mBMSCs）、ATDC5细胞和人软骨细胞(HC)模拟软骨发育过程中不同的细胞分化阶段，通过研究细胞在不同类型的聚氨酯薄膜表面上细胞增殖、铺展及分化行为，探索适于不同阶段细胞生长所需要的基质表面形貌特点。细胞增殖实验表明细胞在各组材料上均表现为稳定的增殖，活死染色结果未发现细胞在材料表面大量死亡，显示出各组材料良好的细胞相容性。同时，细胞骨架染色在各

5、组材料上未见显著差异，表明材料表面由不规则形貌变化导致的粗糙度的改变对细胞的形貌无太大影响。RT-PCR和sGAG定量结果表明，PU/ZrO2（Z-x）系列中，较低的粗糙度Ra=0.59μm最适合ATDC5和mBMSCs细胞的成软骨分化，而在PU/HAP（H-x）系列中，适中的粗糙度Ra=26.8μm则更适合HC细胞的软骨表型维持和mBMSCs细胞的成骨分化。ATDC5、HC、mBMSCs三种细胞在凹型膜上的成软骨分化趋势是一致的，即N-2组更有利于细胞的成软骨分化和软骨表型的维持。该研究的结果表明，组织生长发育过程中存在的不同分化阶段的细胞，其对细胞外基质形貌特点的依赖性有差异，

6、上述结果为将来将聚氨酯材料作为修复材料提供相关的设计思路。I关键词：表面形貌；聚氨酯；成软骨分化IIAbstractThesurfacepropertiesofbiomaterialsareessentialforbiocompatibility.Complexityofsurfacecompositionandstructureofthebiomaterialmakesitdifficulttopinpointhowchemicalpropertiesandstructuresofthesurfaceofthematerialcontrolsthebiologicalrespon

7、sebetweenthesurfacesandproteinsorcells.Thesurfacemorphologyofthematerial,asoneoftheimportantbiologicalpropertiesofbiomaterials,hasagreatimpactoncellbehaviors.Polyurethanesarewell-knownbiocompatiblematerials.Theircontrollablechemicalstru