TiO2 纳米管阵列薄膜作为三维支架体外培养细胞的研究

探讨了二氧化钛纳米管阵列 (oriented TiO2 nanotube arrays，TiO2nT) 薄膜作为胶质瘤细胞三维空间支架的可行性；研究了TiO2nT诱导胶质瘤细胞增殖的机理；观察并探究了胶质瘤细胞生物活性对TiO2nT形貌变化的反映；分析并测定了胶质瘤细胞中对阵列管形貌变化响应敏感的蛋白和细胞器，探究这些响应如何控制并影响胶质瘤细胞在阵列管中的蔓延和分裂；制备掺杂C,N,Ni等元素的TiO2纳米管阵列薄膜，考察改性后的材料对胶质瘤细胞在其支架中生物活性的变化；应用TiO2 纳米管阵列构成的细胞培养系统对具有不同迁移分化能力的肿瘤细胞亚群筛选分离进行了初探。

材料的界面修饰问题是当前再生医学，组织工程和太阳能电池领域的核心问题，从材料学角度讲，材料的界面修饰是植入材料“嵌入”宿主体内组织所需要的纽带，此外，还可以有效的改变材料的物理形貌和化学组成从而获得全新的组织培养支架材料；从生物学角度讲，界面修饰可以将复杂的生物学问题进行简化，能够被用来进行材料表面细胞行为及其相互作用机理的研究，成为调控细胞行为的一种重要手段；从可再生能源角度讲，以薄膜太阳能电池为代表的太阳能电池由于具有良好的光学稳定性，较大的电子迁移率和较窄的光学带隙而广泛的应用于太阳能电池光阳极材料。本项目通过阳极氧化法对钛及其合金表面进行界面修饰，制备出一种表面图案化材料即TiO2纳米管阵列 (TiO2 nanotube array，TNT) 涂层，研究发现，此种纳米结构涂层可以在细胞水平引发一系列纳米生物学效应。在研究过程中，该材料被率先用于细胞黏附及凋亡行为的研究，并逐渐扩展到调控功能蛋白的表达，抗菌功效和薄膜太阳能电池等各个方面。研究结果表明：TNT涂层可以实现在纳米尺度对细胞与材料相互作用中的黏附结构进行精细控制，同时还具有从分子水平刺激细胞特异反应的能力，已取得的研究进展有助于改善材料界面和细胞间的诱导性能，为设计开发智能化细胞培养支架材料提供了有价值的理论指导，对于全面、系统的研究细胞材料间的相互作用具有独到之处；在抗菌涂层方面，细菌在纳米管涂层表面的生物学行为似乎受到纳米管的氧化应激和纳米效应的双重作用，纳米管独特的形貌还存在着会增强细菌的耐药性的风险；在光电特性的研究内容中，我们发现增加纳米管内径可以减少载流子在纳米管中的传输时间和阻力，从而增加光生电流密度。纳米管表面的氟离子残留量越少，材料的瞬态光响应电压和电流值越高。此外，锐钛矿相占主相的混晶结构纳米管阵列涂层能够进一步提升材料的光电转换能力。