研究背景:石墨烯自2004年被发现后,由于其具有极高的比表面积,优秀的光电学性能,已经在医学、光电子产业等领域得到广泛的研究并有相关的应用。自2008年被用于递送不溶于水的抗癌药物,开始了石墨烯材料在生物医药领域的应用,目前在组织工程学及表面工程学等方面得到了广泛研究。已有的研究结果表明,石墨烯材料能促进成骨细胞的粘附、增殖和分化。钛及钛合金作为常用的口腔植入材料有较好的生物相容性和较高的力学强度。对于人体的植入物来说,其表面的生物性能是至关重要的,因为表面是植入物与人体直接接触的部分。促进钛植体表面与植入位点之间新骨的形成,使得骨整合达到理想效果一直是种植手术追求的目标。目前多数研究表明石墨烯及其衍生物的存在能够增强种植体表面的生物活性,促进成骨细胞粘附及成骨。因此在本实验中,我们采用化学连接法在钛片表面构建石墨烯涂层,通过细胞实验,观察并分析不同还原程度的氧化石墨烯的生物活性和生物相容性。探索不同还原程度的氧化石墨烯作为涂层材料,对成骨细胞的增殖和成骨分化的影响,分析其促进植入物-骨界面的新骨形成和骨整合的可行性。实验方法:1.通过化学连接法将氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)负载在商业纯钛片(Ti)表面,分别加热2h、4h、6h得到不同还原程度的还原型氧化石墨烯(Reduced graphene oxide,r GO),分别记为Ti-2r GO、Ti-4r GO、Ti-6r GO。2.对负载石墨烯材料后的钛片进行扫描电镜(Scanning electron microscopy,SEM)、拉曼光谱(Raman spectra)分析,证明材料成功负载在纯钛片表面,X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectra,XPS)分析其不同还原程度。3.通过在体外与各组材料共培养MC3T3-E1细胞,对比不同还原程度的氧化石墨烯体外促MC3T3-E1细胞增殖及成骨分化的能力。实验结果:1.SEM图像及拉曼光谱结果显示,石墨烯材料呈单层、云雾状成功负载在钛片表面。分析XPS结果表明石墨烯材料含氧基团占比随加热时间增长而不断下降,证明材料还原程度越来越高。2.与细胞共培养结果提示,石墨烯材料具有良好的生物相容性,且Ti-2r GO具有最好的促进MC3T3-E1细胞增殖及成骨分化能力。结论:本实验将GO以化学连接方法负载在纯钛表面,通过热还原法得到不同还原程度的r GO。并对各组进行材料表征及体外细胞培养,实验结果表明GO及r GO涂层均有较好的细胞相容性,其中Ti-2r GO有最好的促进细胞增殖及成骨分化能力。