多羧基POSS改变界面电荷提高硅橡胶生物相容性的实验研究

Because of the excellent physical and chemical properties, medical silicone rubber occupies an important share in the plastic filling material, but the surface hydrophobicity, the poor biocompatibility, hampered its clinical use. Previous by surface modification, we prepared C ion implanted silicone rubber and hydroxyapatite coating silicone rubber, which improved the compatibility of silicone rubber, but are these modification concentrated on the surface, and the technology is complicated. Using cage type silsesquioxane (POSS) unique molecular structure and excellent physical and chemical properties, we synthesis of carboxy -POSS and preparation of COOH-POSS/ silicone rubber nanocomposites, found the hybrid material biocompatibility improved, but has yet to achieve the best results. This study intends to further optimize the material preparation process, study the surface morphology material, the mechanical properties, chemical bonding change detection of hybrid silica gel, and the biocompatibility and toxicity. By controlling the ratio of POSS, study charge density on the compatibility of silicone rubber； by groups of organisms, density measurement, cell membrane potential protein adsorption experiments and bioinformatics analysis to explore the possible biological mechanisms. Provide better compatibility silicon rubber materials for clinical practice, and providing the theoretical foundation for biomaterials and cells adhesion.

医用硅橡胶理化性能优良，在整形填充材料中占有重要的份额，但表面疏水性强，故生物相容性欠佳，临床使用效果有待提升。课题组前期通过表面改性，制备了C离子注入硅橡胶和羟基磷灰石涂层硅橡胶，提高了硅橡胶的生物相容性，但改性均集中在表面，且需要二次加工，工艺较为复杂。课题组利用茏型倍半硅氧烷（POSS）独特的分子结构和优良的理化性能，合成多羧基-POSS并制备COOH-POSS/硅橡胶纳米杂化材料，发现杂化材料生物相容性有所提高，但尚未达到最佳效果。本研究拟进一步优化材料制备工艺，研究杂化材料的表面形貌，力学性能，化学键合等改变，检测杂化硅胶的生物相容性及毒性。通过控制POSS的比例初步研究电荷密度对硅橡胶生物相容性的影响，通过基团密度测定、细胞膜电位分析、蛋白质吸附实验及相关生物信息学分析探讨其可能的生物学机制。为临床实践提供相容性更好的硅橡胶材料，并为生物材料与细胞粘附提供一定的理论基础。

医用硅橡胶理化性能优良，在整形填充材料中占有重要的份额，但表面疏水性强，故生物相容性欠佳，临床使用效果有待提升。课题组前期通过表面改性，制备了C离子注入硅橡胶和羟基磷灰石涂层硅橡胶，提高了硅橡胶的生物相容性，但改性均集中在表面，且需要二次加工，工艺较为复杂。课题组利用茏型倍半硅氧烷（POSS）独特的分子结构和优良的理化性能，合成多羧基-POSS并制备COOH-POSS/硅橡胶纳米杂化材料，发现杂化材料生物相容性有所提高，但尚未达到最佳效果。本研究拟进一步优化材料制备工艺，研究杂化材料的表面形貌，力学性能，化学键合等改变，检测杂化硅胶的生物相容性及毒性。通过控制POSS的比例初步研究电荷密度对硅橡胶生物相容性的影响，通过基团密度测定、细胞膜电位分析、蛋白质吸附实验及相关生物信息学分析探讨其可能的生物学机制。为临床实践提供相容性更好的硅橡胶材料，并为生物材料与细胞粘附提供一定的理论基础。.本课题完成了研究内容，在研究中成功合成多羧基笼型倍半硅氧烷（POSS-COOHx），制备了不同浓度的多羧基笼型倍半硅氧烷（POSS-COOHx/SR），对材料的性能进行检测发现随着POSS-COOHx的含量增加，材料表面的羧基基团密度增加。随着基团密度的增加，材料表面的细胞相容性显著提高，在0.3%POSS-COOHx表面细胞增殖和迁移都最高，随后呈下降趋势。在体内植入实验中发现，POSS-COOHx/SR表面纤维包膜的厚度较SR表面显著减少。对材料的生物安全性进行检查，发现POSS-COOHx/SR的生物安全性完全符合国家安全。对材料的细胞相容提高的机制进行探讨，材料表面细胞行TMT全蛋白质组学分析，发现POSS-COOHx表面细胞蛋白较普通硅橡胶有显著变化。作为补充实验，我们还对材料表面的间充质干细胞分化特性进行检测，发现POSS-COOHx/SR具有促进间充质干细胞的成脂分化能力，同时，其分化能力随着POSS-COOHx的增加而增加。总之，POSS可以作为很好的研究化学基团对生物材料细胞相互作用的工具。