微纳仿生结构诱导间充质干细胞骨分化研究

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1、分类号：TB34密级：UDC：620编号：201421803017河北工业大学硕士学位论文微纳仿生结构诱导间充质干细胞骨分化研究论文作者：董亚慧学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：材料加工工程指导教师：梁春永职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsProcessingEngineeringSTUDYONTHEMESENCHYMALSTEMCELLDIFFERENTIATIONINTOOSTEOBLASTINDUCEDBYBIO–MIMETI

2、CMICRO&NANOSTRUCTURESbyDongYahuiSupervisor:Prof.LiangChunyongMay2017摘要纯钛因其良好的力学和生物学性能在植入体领域有广泛的应用，现阶段的纯钛植入体表面处理技术在临床上也取得了很好的骨结合效果，但整合时间有待进一步缩短。骨髓间充质干细胞（MSC）具有多向分化潜能，在生物医学工程领域得到广泛应用，如骨组织工程等。通过在植入体表面构建有利于MSC增殖及向成骨细胞分化的微纳结构，缩短骨整合周期，是当前植入体表面处理领域的研究热点之一。本文采用飞秒激光对纯钛表面进行加工，研究了不同激光加工参数对纯钛表面微纳结构的

3、影响，制备了四种特殊微纳仿生结构，后经碱处理提高其生物活性。亲水性、显微硬度、耐蚀性和羟基磷灰石（HA）诱导形成能力的测试结果表明，碱处理后的飞秒激光加工坑状和条纹状微纳仿生结构样品较喷砂酸蚀和空白样品的骨植入性能有所提高。文中还研究了细胞在微纳结构样品表面的生物学行为，结果表明碱处理飞秒激光加工样品和喷砂酸蚀样品的微纳结构表面均有利于成骨细胞（MC3T3-E1）和MSC的黏附、增殖，但是就促进效果而言，飞秒激光加工所得坑状和条纹状结构要优于喷砂酸蚀表面。另外，通过形态学分析可知，细胞在材料表面生长还具有一定的取向性。由MSC在样品表面的分化实验结果表明，在添加和未添加

4、分化诱导剂的情况下，碱处理的飞秒激光加工微纳结构均能够促进MSC向成骨细胞分化；而且在两种诱导条件下，细胞在坑状和条纹状样品表面的生长状态最好且成骨分化程度要高于喷砂样品。综上所述，碱处理的坑状和条纹状飞秒激光加工样品提高了钛表面的生物学性能，为MC3T3-E1增殖和MSC的成骨方向分化提供了有利的微环境。本研究的成果能够为新型植入体表面微纳结构的制备提供参考。关键词：纯钛微纳仿生结构成骨细胞间充质干细胞成骨分化IABSTRACTBecauseofitsgoodmechanicalandbiologicalpropertiespuretitaniumhasbeenext

5、ensivelyusedinthefieldofimplants.andthesurfacetreatmenttechnologiesofpuretitaniumhasmadegoodbonecombinedeffectinrecentyears,butthetimeofearlyintegrationneedstobefurthershortened.Onaccountoftheirmultipotentdifferentiationpotentials,bonemarrowmesenchymalstemcells(MSC)havebeenwidelyusedinbi

6、omedicalengineeringfield,suchasbonetissueengineering.Bythemethodofbuildingamicro-nanostructureinimplantsurfacewhichisusefulfortheosteoblastdifferentiationofMSCtoshortentheboneintegrationperiod,hasbecomeoneofthehotspotsintheimplantsurfaceprocessingfield.Inthiswork,weanalyzedtheeffectofdif

7、ferentlaserprocessingparametersonmicro-nanostructureoftitaniumsurface,preparedfourspecialmicro-nanobionicstructuresonthesurfaceofpuretitaniumbyfemtosecondlaser,atlastimprovetheirbiologicalactivitybyalkalitreatment.Theresultsofhydrophilic,microhardness,corrosionresistancea