经多巴胺或硅烷化修饰的氧化石墨烯钛表面涂层的体外成骨性能研究

摘要

目的 本研究通过比较经多巴胺或硅烷化修饰的氧化石墨烯钛表面涂层的成骨性能差异，旨在尝试为钛表面氧化石墨烯涂层的修饰提供较为适宜的方案。方法 钛碱热处理后分别进行多巴胺和硅烷化改性，被覆氧化石墨烯涂层，设计对照组：纯钛（Ti）组；实验组：钛经碱热处理（Ti-NaOH）组、钛经碱热处理后硅烷化改性（Ti-APTES）组、钛经碱热处理后多巴胺改性（Ti-DOPA）组、钛经硅烷化改性表面修饰氧化石墨烯（TiAPTES/GO）组、钛经多巴胺改性表面修饰氧化石墨烯（Ti-DOPA/GO）组。利用扫描电子显微镜、接触角测量仪、X射线光电子能谱分析仪及拉曼光谱分析仪对材料表面的理化性能进行分析。通过细胞活性检测、免疫荧光染色后激光共聚焦显微镜观察小鼠胚胎成骨细胞前体细胞MC3T3-E1在材料表面的增殖及黏附形态。通过碱性磷酸酶、茜素红染色及定量、实时荧光定量聚合酶链反应研究对MC3T3-E1细胞成骨分化的影响。结果 氧化石墨烯涂层修饰后扫描电子显微镜观察可见覆盖一层薄膜样结构，实验组亲水性皆有改善，其中Ti-DOPA/GO组亲水性最佳。X射线光电子能谱学和拉曼光谱分析显示氧化石墨烯修饰后的材料均出现典型D峰和G峰，表面出现大量含氧官能团。细胞计数盒检测可见各组材料均无细胞毒性，Ti-APTES/GO组增殖水平高于Ti-DOPA/GO组。激光共聚焦显微镜下可见Ti-DOPA/GO组和Ti-APTES/GO组细胞铺展更为饱满。Ti-DOPA/GO组与Ti-APTES/GO组碱性磷酸酶染色最深，Ti-APTES/GO组茜素红染色矿化结节最多，茜素红染色定量结果最高；在Ti-DOPA/GO组和Ti-APTES/GO组中，早期成骨相关基因RUNX2的表达均达到较高水平，而在晚期成骨相关基因OPN和OCN的表达上，Ti-APTES/GO组的表现优于Ti-DOPA/GO组。结论 Ti-APTES/GO在促进MC3T3-E1细胞的黏附、增殖及体外成骨分化方面，效果显著优于Ti-DOPA/GO。

关键词

钛 / 氧化石墨烯 / 表面改性 / 成骨分化