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因具有优异的生物活性和骨诱导性,硅酸钙(CS)成为了骨修复材料的研究热点。然而,CS的降解速率过快,不仅会造成材料周围环境的pH值过高,还会导致材料的强度急剧下降,这些都严重影响CS材料的后期临床应用。因此,本课题将制备一种具有核壳结构的石墨烯/硅酸锌/硅酸钙复合微球(RGO/ZS/CS),拟通过石墨烯表层与硅酸锌中间层的阻隔作用来减缓CS的降解速率。此外,为了进一步改善RGO/ZS/CS的骨修复效果,本课题从减少炎症反应,促进成骨、成血管化,抑制破骨分化,以及改善复合微球表面的细胞亲和性三方面着手,系统的研究了RGO/ZS/CS复合微球原位负载与缓释抗生素的性能、外源性电刺激与锌元素对成骨分化的作用、RGO/ZS/CS释放的功能性无机离子对新生血管生长及抑制破骨转化的作用、表面共价结合牛血清白蛋白(BSA)的石墨烯的细胞亲和性,相关研究成果如下所示:(1)采用液滴法,借助海藻酸钠(SA)和钙离子的交联作用,制备出具有核壳结构的RGO/ZS/CS复合微球,并将盐酸万古霉素(Vancomycin Hydrochloride,VH)原位负载到复合微球中。体外矿化实验表明,RGO/ZS/CS复合微球在人体模拟体液(SBF)中浸泡28天,虽未矿化形成羟基磷灰石(HA)晶体,但其表面有胶状无定形磷酸钙沉积,表明RGO/ZS/CS复合微球仍具生物活性。VH在RGO/ZS/CS复合微球中的包封率为30.66%,RGO表面层与ZS中间层能有效地减缓VH的释放。总之,具有核壳结构的RGO/ZS/CS复合微球展现出良好的药物缓释性能。(2)采用四探针法测量RGO/ZS/CS表层的导电性能,探究RGO/SA的浓度、悬涂次数、热处理温度对导电性能的影响。当3 mg/m L RGO/SA,悬涂两次,600℃时,表层电导率可以达到5656 S/m。体外矿化实验表明,对RGO/ZS/CS圆片煅烧处理后,ZS中间层和RGO表层不会阻碍HA在其表面沉积。(3)细胞实验结果表明,外源性电刺激(3μA/1 h/天)和RGO/ZS/CS中释放的Zn2+均能显著性提高小鼠骨髓间质干细胞(mBMSCs)的碱性磷酸酶(ALP)活性。其中,外源电刺激占据主导作用。此外,如I型胶原(Collagen-I)、骨钙蛋白(OC)及Runt相关转录因子2(Runx2)等成骨相关基因的表达也显著上调,表明外源电刺激能促进mBMSCs的成骨分化;将人脐静脉内皮细胞(HUVECs)与RGO/ZS/CS浸提液共培养,研究结果显示,当RGO/ZS/CS浸提液的浓度分别稀释至1/16,1/32和1/64时,其能显著促进HUVECs的增殖,且血管内皮生长因子(VEGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)和内皮型一氧化氮合酶(eNOS)等成血管相关基因的表达也显著上调,此外,体外血管化实验结果也表明,当RGO/ZS/CS浸提液的稀释比例介于1/16~1/64,其能显著促进血管化;将小鼠单核巨噬细胞白血病细胞(RAW264.7)与RGO/ZS/CS浸提液共培养后发现,RGO/ZS/CS溶出的Zn和Si能显著降低RAW264.7的抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)活性,而且,TRAP、碳酸酐酶2(Car2)、基质金属蛋白酶9(MMP-9)、活化T细胞核因子蛋白1(NFATc1)等破骨相关基因的表达也显著下调,表明Zn和Si能抑制RAW264.7的破骨分化。(4)采用1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)活化GO表面的羧基(-COOH),形成NHS活化酯(GO-EDC-NHS)。12.75 mg的牛血清白蛋白(BSA)通过共价键修饰到GO-EDC-NHS表面(BSA-CB-GO)。然而,只有6.83 mg BSA通过非共价键的方式修饰到GO表面(BSA-NB-GO)。在磷酸盐缓冲溶液(PBS)中浸泡168 h后,BSA-CB-GO和BSA-NB-GO中BSA的累计解离量为2.95%和29.91%。由此得出,GO-EDC-NHS可以改善BSA的吸附能力,而且其结合相当稳定。由免疫荧光染色照片可得,相比于BSA-NB-GO,BSA-CB-GO能促进mBMSCs中黏着斑蛋白和整合素α5的表达,说明BSA-CB-GO具有更好的细胞粘附和铺展行为。因此,其有望用于改善骨修复材料的细胞亲和性。