載鋅功能化多壁碳納米管-殼聚糖復(fù)合支架的制備與性能研究.pdf

1、目的：
　　構(gòu)建載鋅(Zn)功能化多壁碳納米管/殼聚糖(f-MWCNT/CS-Zn)復(fù)合支架，對(duì)其性能進(jìn)行檢測(cè)，探討其作為組織工程骨的應(yīng)用潛力。
　　方法：
　　第一部分功能化多壁碳納米管/殼聚糖(f-MWCNT/CS)復(fù)合支架的制備、表征及細(xì)胞毒性研究。采用“混酸法”制備出功能化多壁碳納米管(f-MWCNT)，然后以CS和f-MWCNT為主要原料，通過(guò)“溶液共混法”聯(lián)合“冷凍干燥法”制備出3種不同f-MWCNT濃度的

2、f-MWCNT/CS復(fù)合支架（f-MWCNT在支架中含量分別為0.1％、0.5%、1%）；利用掃描電鏡（SEM）觀察復(fù)合支架的結(jié)構(gòu)形態(tài)，納米壓入儀檢測(cè)表明硬度、電子萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度、廣角X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行物相分析、采用 MTT法使用小鼠成骨細(xì)胞（MC3T3-El）對(duì)復(fù)合支架的細(xì)胞毒性進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)上述檢測(cè)結(jié)果，確定復(fù)合支架中f-MWCNT與CS最佳的含量比例，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供依據(jù)。
　　第二部分載鋅功能化多壁碳納米

3、管/殼聚糖(f-MWCNT/CS-Zn)復(fù)合支架的制備、表征及生物性能研究。以實(shí)驗(yàn)第一部分確定的f-MWCNT與CS的最佳含量比例并通過(guò)添加不同濃度的 ZnSO4·7H2O溶液，利用“溶液共混法”聯(lián)合“冷凍干燥法”制備出3種不同含Zn濃度的f-MWCNT/CS-Zn復(fù)合支架（Zn在復(fù)合支架中的質(zhì)量百分比分別為0.2%、1%、2%）。利用掃描電鏡觀察復(fù)合支架的結(jié)構(gòu)形態(tài)，納米壓入儀檢測(cè)表面硬度、電子萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度、廣角X射線衍射

4、儀進(jìn)行物相分析、紅外光譜儀（FTIR）分析復(fù)合支架各組份分子間的相互作用、抗菌實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)復(fù)合支架的抗菌活性、采用 MTT法使用小鼠成骨細(xì)胞(MC3T3-El）評(píng)價(jià)f-MWCNT/CS-Zn復(fù)合支架的成骨細(xì)胞增殖能力。
　　結(jié)果：
　　第一部分制備的3組f-MWCNT/CS復(fù)合支架具有三維微孔結(jié)構(gòu)，孔隙率高，孔徑主要在50-300μm之間，適合成骨細(xì)胞的粘附和生長(zhǎng)。3組f-MWCNT/CS支架的表面硬度較純CS支架顯著提高，并且

5、隨著復(fù)合支架中f-MWCNT含量的增加， f-MWCNT/CS支架的表面硬度逐漸增高，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。拉伸強(qiáng)度檢測(cè)顯示3組f-MWCNT/CS支架的拉伸強(qiáng)度較純CS支架增加明顯，同樣隨著支架中f-MWCNT含量的增加，f-MWCNT/CS支架的拉伸強(qiáng)度和彈性模量逐漸增加，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。XRD顯示：分別添加0.1%、0.5%和1%的f-MWCNT對(duì)復(fù)合支架主體 CS的晶體結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯影響。細(xì)胞

6、毒性實(shí)驗(yàn)顯示0.1%f-MWCNT/CS支架和0.5%f-MWCNT/CS支架細(xì)胞毒評(píng)級(jí)為0-1級(jí)，生物形容性良好。1%f-MWCNT/CS支架細(xì)胞毒性評(píng)級(jí)為2，對(duì)成骨細(xì)胞具有輕度細(xì)胞毒性。
　　第二部分制備的3組 f-MWCNT/CS-Zn復(fù)合支架與實(shí)驗(yàn)第一部分制備的f-MWCNT/CS支架結(jié)構(gòu)形態(tài)相似。表面硬度測(cè)試顯示分別添加0.2%、0.1%和2%的Zn對(duì)f-MWCNT/CS-Zn支架的表面硬度無(wú)明顯影響，3組f-MWCNT

7、/CS-Zn支架與f-MWCNT/CS支架的表面硬度相似，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。拉伸強(qiáng)度檢測(cè)顯示添加0.2%、0.1%和2%的Zn對(duì)f-MWCNT/CS-Zn支架的拉伸強(qiáng)度和彈性模量無(wú)明顯影響，3組 f-MWCNT/CS-Zn支架與 f-MWCNT/CS支架的力學(xué)性能相似，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。XRD顯示：添加0.2%、1%、2%的Zn對(duì)支架主體CS的晶體結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯影響。FTIR結(jié)果顯示：f-MWCNT的功能基

8、團(tuán)和CS的帶電基團(tuán)與Zn2+間具有分子間的相互作用?？咕鷮?shí)驗(yàn)顯示3組f-MWCNT/CS-Zn復(fù)合支架較 f-MWCNT/CS支架對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌具有更好的抗菌活性，隨著支架中 Zn含量升高，復(fù)合支架的抗菌作用增強(qiáng)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01)。細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)顯示 f-MWCNT/CS-0.2%Zn支架和 f-MWCNT/CS-1%Zn支架比f(wàn)-MWCNT/CS支架對(duì)成骨細(xì)胞具有更好增殖作用，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.0

9、5）。f-MWCNT/CS-2%Zn與 f-MWCNT/CS支架相比對(duì)成骨細(xì)胞的增殖作用較差，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。
　　結(jié)論：
　　本研究制備的f-MWCNT/CS-1%Zn復(fù)合支架各組份間具有穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)合，添加0.5%的f-MWCNT和1%的Zn對(duì)支架主體的CS晶體結(jié)構(gòu)未產(chǎn)生明顯的影響。f-MWCNT/CS-1%Zn復(fù)合支架具有良好的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、較優(yōu)的抗菌活性及促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖性能，在骨組織工程領(lǐng)