利用等离子体技术调控丝素蛋白膜表面羟基磷灰石形貌及其成骨性能研究

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丝素蛋白(Silk fibroin,SF)因其具有良好的生物相容性和生物可降解性、易加工修饰、低免疫原性等优良性能,被广泛用作骨组织工程材料。羟基磷灰石(HAps)是天然骨组织中的无机成分,具有优良的骨传导性和骨诱导性,常作为制备骨组织工程材料的原料。等离子体处理技术是一种改性材料表面理化性质的方法。为了开发新型丝素骨修复支架,本研究利用等离子体处理技术改性丝素生物材料,调控丝素生物材料仿生矿化。  首先,本研究以丝素纤维为模板,试图通过空气等离子体处理丝素纤维表面,来调控HAps在其表面生成及其形貌变化。空气等离子体功率为100W,分别处理5min、10min、20min后,丝素纤维表面粗糙,而且,处理时间越长,表面粗糙度越大。与此同时,因等离子体处理引入含氧官能团,丝素纤维表面的亲疏水性及结晶度发生变化。通过生物矿化后,丝素纤维表面HAps形貌也随着丝素纤维形貌的变化而变化。由此证明,通过空气等离子体处理改变丝素材料的表面形貌,可以调控HAps在其表面沉积及其形貌。  在此基础上,本研究以空气等离子体处理技术改性丝素膜,以丝素膜为模板调控HAps的成核和生长,以期诱导骨髓间充质干细胞(MSCs)向成骨分化。通过SEM、FTIR、XRD等表征手段,以及体外成骨检测实验,结果表明:空气等离子体处理技术能够显著地改性丝素膜,矿化丝素膜表面观察到HAps的聚集成团,增加了丝素膜表面粗糙度,提高了丝素膜表面的亲水性;等离子体处理后的丝素膜成骨效果比未处理的丝素膜好,而矿化组的丝素膜成骨效果也优于未处理的丝素膜,等离子体处理并矿化的丝素膜具有最好的成骨效果,因此改性丝素膜的拓扑结构和矿化能够显著促进MSCs的成骨能力。
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