不同晶相纳米氧化钛薄膜对成骨细胞功能的影响及机制研究

Nano modification can improve implant biological properties. But the study of crystal phases influence material biological properties is very rare. In our previous study, three different crystal phases of titania film were successfully synthesized by magnetron sputtering. We found that different crystal phases of titania had different biological properties. Osteobalsts cultured on anatase film had the best proliferation ability. However, does anatase film also promote osteoblast calcification? Which phases of titanium have the best osseointegration ability in vivo? What is the possible molecular mechanism? Our previous study can not answer, and no reported literarue can find. This research was based on our previous study. We detect the change of osteoblasts functional gene and protein expression level, and test the signal pathway mediated by FAK after osteoblats cultured on different materials in vitro. And we observe the osseointegration of different phase of titania in vivo. Our aim is to find the phase of titania and the surface roughness range, which have the best biological properties. It can provide the theoretical basis for improve structure of nano materials, and also provide the technical parameters to prepare novel implant.

内植材料表面纳米修饰能提高其生物学性能，是近年材料研究热点之一，但晶相对纳米材料的生物学性能影响的研究较少。课题组前期应用磁控溅射技术成功构建了3种不同晶相的纳米氧化钛薄膜，发现不同晶相氧化钛具有不同的生物学性能，其中成骨细胞在纳米锐钛矿表面具有更强的增殖能力。但是，纳米锐钛矿是否同样能促进成骨细胞的钙化功能？在体内环境下哪种晶相氧化钛骨整合最好？晶相影响纳米材料生物学性能的可能分子机制是什么？我们原有的研究未能解释，国内外文献也未见报道。本项目拟在已有的研究基础上，通过体外实验检测成骨细胞功能相关基因及蛋白表达的变化，检测成骨细胞FAK介导的相关信号通路激活水平；通过体内实验检测不同晶相氧化钛对骨整合的影响，最终遴选出具有最佳生物学性能的氧化钛晶相和表面粗糙度范围，探讨晶相影响纳米氧化钛薄膜生物学性能的可能分子机制，为改良材料的纳米表型结构提供理论基础，为制备新型纳米内植材料提供技术参数

在纳米氧化钛薄膜对成骨细胞功能影响相关实验中，成功采用磁控溅射法制备了多种不同晶相纳米氧化钛薄膜，通过材料表征后，采用细胞体外实验，在细胞和分子水平探究不同晶相纳米氧化钛薄膜生物学性能差异的机理，为改良材料的纳米表型结构提供理论基础，为制备新型纳米内植材料提供技术参数。. 在纳米碳点荧光标记相关试验中，采用叶酸作为有机碳源，常温下通过微等离子处理，成功合成了氮掺杂的蓝光碳量子点，通过材料表征后符合纳米碳点的性质，该量子点具备窄发射峰宽；较高的荧光量子效率和不依赖激发波长的荧光发射。通过细胞实验，证明了该碳点具有靶向标记肿瘤细胞的特性，并在细胞毒性实验中验证了该碳点的安全性。该实验结果说明：通过选择合适的反应前驱物，采用大气压微等离子的处理可以快速制备高荧光量子效率的碳量子点，并有效的将其应用于生物领域的分析研究，其荧光发光机制正在进一步研究中。