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第一部分聚多巴胺纳米球的制备与表征目的 聚多巴胺(PDA)具有良好的粘附性和生物相容性,本部分制备PDA纳米球并进行表征,探索最佳简易制备方法。方法 本部分采取碱性条件下氧化自聚法制备PDA,取适量Tris粉末溶于水,在pH分别7.5,8.0,8.5,9.0,9.5条件下加入盐酸多巴胺(DA)进行观察与搅拌,观察PDA膜形成与PDA纳米球形成情况。利用光学显微镜,透射电镜(Transmission Electron Microscope,TEM),激光粒径及表面电位进行表征,并绘制PDA浓度与吸光度的标准曲线。结果 DA加入Tris-HCI(pH7.5,8.0,8.5,9.0,9.5)后,混合液迅速变成浅棕色,36h后薄膜随着pH的升高逐渐加深,在同一的时间内,p H的升高促进PDA薄膜形成并且颜色加深,为深棕色。36h磁力搅拌后获得的PDA悬液呈深棕色,不同的pH值下均获得PDA纳米球的粒径与表面电位分别为pH 7.5:(236.30±93.56)nm,-(24.26±2.40)mV;pH8.0:(198.40±62.30)nm,-(22.16±11.43)mV;pH 8.5:(253.62±30.15)nm,-(21.18±4.04)mV;pH 9.0:(230.70±145.70)nm,-(29.61±4.61)mV;pH 9.5:(244.70±116.5)nm,-(28.09±2.64)mV。pH为8.5时搅拌后PDA纳米球电镜下观察为规则圆球状,大小比较均一。pH值分别为7.5,8.0,9.0,9.5的PDA纳米球呈团聚样,不易分散。结论 本部分研究成功探索出与并建立PDA纳米球的最佳简易制备方法。pH 8.5条件下制备的PDA纳米球粒径与形态比较均一,粒径为253nm左右,分布比较均匀。PDA纳米球成功制备为下一步实验提供基础。第二部分聚多巴胺纳米球涂层3D打印钛网及其机械性能测试目的 本部分研究设定孔径与孔隙率多孔钛网,进行3D打印并进行PDA纳米球修饰,观察微观孔隙结构和测试机械性能﹑亲水性,以及PDA纳米球粘附情况。方法 采用用选择性激光熔化(selective laser melting,SLM)设备制造多孔钛网(3D-printed porous titanium,3D PPT),利用扫描电镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)对该支架中存在的微观孔隙进行仔细观察,3DPPT弹性模量、抗压强度可通过万能材料试验机来检测,同时进行PDA纳米球修饰3D打印多孔钛网(PDA-3D-printed porous titanium,PDA-3D PPT),使用扫描电镜,XPS进行表征并测试亲水性。结果 3DPPT与PDA-3DPPT实测孔隙率﹑孔径均小于设计的孔隙率与孔径,但3DPPT与PDA-3DPPT两组实测孔隙率均无统计学差异(P>0.05)。PDA-3DPPT抗压优于3DPPT(P>0.05),但两者弹性模量无差异(P>0.05)。XPS检测PDA-3DPPT表面有Ti2p,O(1s),C(1s),N(1s),Cl(2)和P(3)峰,证实在3D PPT表面有PDA,PDA成功粘附于3D PPT。3DPPT与PDA-3DPPT的接触角分别为83.40°±2.07°,23.80°±3.11°,提示3DPPT经过PDA涂层后亲水性明显优于3DPPT(P<0.05),提示PDA纳米球涂层明显改善3DPPT表面亲水性。结论 SLM技术可精确构建多孔模型,误差较小,模型具备良好的生物力学性能。PDA纳米球涂层修饰后3DPPT后不仅不影响其生物力学性能,而且可明显改善其亲水性。第三部分PDA-3DPPT促进骨整合的实验研究目的 本部分研究PDA-3DPPT与成骨的影响,验证PDA-3DPPT与骨整合的能力,为下一步临床应用提供实验依据。方法 将3DPPT﹑PDA-3DPPT与C3H10T1/2细胞(鼠骨髓间充干细胞,h BMSCs)共培养,CCK8、SEM主要作用为判断PDA纳米球涂层对细胞生长的影响。为判断PDA纳米球涂层是否促进细胞成骨分化,还需要完成茜素红染色、蛋白印迹分析成骨分化蛋白、碱性磷酸酶活性的测定。结合以上研究成果,完成新西兰兔股骨髁骨缺损模型的构建,通过组织学检测、显微CT扫描两种方法,判断PDA纳米球涂层修饰材料后对骨界面成骨的影响。结果 通过体外仿生矿化实验后,对PDA纳米球修饰后材料表面可见明显羟基磷灰石(HA)沉积。CCK8、SEM检测后,发现细胞的生长、粘附会受到PAD纳米球涂层的影响,在其作用下,细胞粘附、增殖速度明显加快。ALP活性、ARS以及WB检测后,发现C3H10T1/2细胞在PAD纳米球涂层修饰作用下,可促进其成骨分化。兔股骨髁植入实验micro-CT、组织学以及推出实验检测显示PDA纳米球涂层均能够促进材料骨界面的成骨,新生骨长入更明显(P<0.05),结果显示PDA修饰后3DPPT,提高了与骨的整合能力。结论 体外实验证实PDA纳米球修饰3DPPT能促进细胞的粘附、增殖与矿化。体内实验证实PDA纳米球在体内促进可以新生骨组织长入并形成紧密骨与材料融合界面,促进骨与材料有效整合。同时,PDA-3DPPT表现出良好生物相容性与安全性。