随着社会进步和人们生活水平的提高,生产安全、可靠、稳定和持久的抗菌材料成为科研领域的重要课题。稀土材料可通过改变细胞壁的通透性、与细胞膜发生作用,于细胞内有机大分子结合,破坏细胞结构、影响细胞增殖等多重方式,实现抗菌效果。本实验通过反向微乳法,采用聚多巴胺和硝酸铈为原料一步法合成了Ce掺杂的介孔多巴胺(PDA-Ce)。通过EDS Mapping测试定量分析了材料的掺杂量,SEM和TEM实验实现了对材料的微观形貌的表征。本材料具有较高的比表面积,能够有效的黏附在细菌表面,掺杂的氧化铈具有类酶的功能,通过在细菌内产生ROS机制达到理想的抗菌效果。通过抑菌圈、紫外吸收光谱和琼脂平板计数等方法,探究了材料的抗菌性能。结果显示,当材料浓度达到100微克/m L时,大肠杆菌的吸光度从0.82降低到0.46,杀菌率达到56.09%。本实验合成了一种具有高活性、易降解、热稳定性好,抗菌效果优异等特点的介孔多巴胺材料,本材料的设计为稀土化合物抗菌效应的研究提供了支撑,以促进对集中在新型的稀土配合物合成以及稀土复合物抗菌材料的开发与应用。...
应用
目的 利用介孔生物活性玻璃纳米颗粒(mesoporous bioactive glass nanoparticles,MBGN)修饰聚己内酯(poly-caprolactone,PCL)静电纺丝纳米纤维三维支架,探究MBGN的加入对支架形貌、理化性质、矿化能力、体外抑炎及促成骨性能的影响,为炎性微环境下骨缺损的再生修复提供新的治疗策略。 方法 通过静电纺丝制备PCL膜;溶胶-凝胶法制备MBGN。经历分散、均质化、明胶热自组装、羧甲基壳聚糖(carboxymethyl chitosan,CMCS)表面修饰等步骤,制备获得MBGN修饰的PCL纳米纤维3D支架PCL@MBGN。通过扫描电镜、能谱仪分析PCL膜、MBGN和PCL@MBGN的形貌和化学组分;热重分析研究PCL@MBGN中无机、有机成分的比例;傅里叶变换红外光谱研究支架的化学结构;电感耦合等离子体-质谱法研究离子释放能力。将支架在模拟体液中浸泡28天检测表面羟基磷灰石形成能力。CCK-8(cell counting kit-8)法和Live/dead染色法检测MBGN添加量对支架的细胞毒性影响。流式细胞术检测M1、M2型巨噬细胞表面标记分子表达水平,并使用实时荧光定量聚合酶链反应(quantitative real-time polymerase chain reaction,q RT-PCR)检测炎性相关细胞因子的转录水平。使用支架浸提液刺激人骨髓间充质干细胞(human bone marrow mesenchymal stem cells,hBMSCs),进行碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)和茜素红(alizarin red S,ARS)染色,q RT-PCR检测成骨相关基因的转录水平,评估支架对hBMSCs成骨向分化及矿化的影响。 结果 本研究成功制备超轻多孔且具有3D结构的PCL@MBGN支架,依据MBGN相对CMCS的质量比,命名为PCL@0MBGN、PCL@100MBGN、PCL@150MBGN及PCL@200MBGN。提高MBGN含量,支架表面球状颗粒增加,亲水性改善,但其多孔结构没有受到显著影响。热重分析表明支架中MBGN含量可以通过调控其初始添加量控制。MBGN修饰使支架可持续释放Ca离子和Si离子,提高其体外矿化能力。除PCL@200MBGN外,其它三种PCL@MBGN在体外对hBMSCs及RAW264.7无细胞毒性且促进细胞增殖。将支架浸提液与脂多糖诱导的RAW264.7共培养,促炎M1型巨噬细胞比例减少,抑炎M2型巨噬细胞比例增加。支架中MBGN含量越高,M1型占比越低,M2型占比越高。PCL@MBGN还能抑制肿瘤坏死因子-α、白细胞介素1β、诱导型一氧化氮合酶等促炎因子基因转录,MBGN添加量越高对抑炎细胞因子白细胞介素4的转录促进作用越强,证明支架发挥了体外抑炎作用。ALP和ARS染色和定量结果表明,PCL@MBGN可促进hBMSCs的ALP分泌和矿化结节形成,q RT-PCR结果证明,MBGN含量越高对hBMSCs成骨分化相关基因ALP、Runt相关转录因子2、骨钙素的转录水平上调作用越明显,证明了PCL@MBGN的体外促成骨作用。 结论 具有3D结构的纳米纤维支架PCL@MBGN在体外可显著促进hBMSCs的成骨分化,且具有抑炎作用,但无细胞毒性,表明PCL@MBGN在骨缺损修复,特别是炎症环境下的骨缺损(如牙周炎导致的牙槽骨缺损)修复中具有良好的应用前景。 ...
癌症对人类生命健康造成巨大威胁,现代材料科学和纳米生物技术的发展为癌症治疗提供了新思路。近年来,化学动力学治疗（Chemodynamic Therapy,CDT）由于具有高选择性以及响应内源性刺激激活的优势,在治疗癌症方面受到广泛关注。本文针对CDT效率低的问题,构建了响应肿瘤微环境的铜负载介孔二氧化硅基纳米递送系统,通过增强铜介导的CDT疗效并联合不同抗肿瘤机制协同治疗肿瘤。具体研究内容及结论如下: （1）通过溶胶-凝胶法成功合成了介孔二氧化硅纳米粒（Mesoporous Silica Nanoparticle,MSN）,并利用静电吸附作用制备了一种共递送Cu2+和阿霉素（Doxorubicin,DOX）的纳米系统(MSN-Cu2+-DOX)以实现化学和化学动力协同治疗肿瘤。该纳米系统呈球形颗粒,平均粒径约为110 nm,其中Cu2+和DOX的负载率分别为8.79%和19.70%。在肿瘤酸性微环境中,Cu2+和DOX解离释放出Cu2+和DOX。其中,Cu2+能够直接通过类芬顿反应将内源性H2O2转化为剧毒羟基自由基（·OH）用于CDT。此外,Cu2+还能够消耗肿瘤细胞内的还原性谷胱甘肽（Glutathione,GSH）并生成催化活性高的Cu+,增强CDT。DOX用作化疗的同时还可以提高肿瘤细胞中H2O2含量,进一步增强CDT。体内外抗肿瘤研究结果表明,MSN-Cu2+-DOX具有显著的抗肿瘤效果,对4T1荷瘤小鼠的肿瘤生长抑制率为93.05%。 （2）通过在MSN内部原位氧化生成Cu O2、外部包覆TA-Cu2+络合层成功制备了一种智能铜纳米平台(Cu O2-MSN@TA-Cu2+),以实现自增强CDT和铜死亡协同治疗肿瘤。该纳米平台具有明显的“核壳”结构,平均粒径约为120 nm,铜的总负载率为19.51%,其中10.81%以内部Cu O2的形式存在,8.70%以外层TA-Cu2+的形式存在。在肿瘤酸性微环境中,外层TA-Cu2+分解释放Cu2+,内部Cu O2释放Cu2+和H2O2。其中,Cu2+不仅可以通过类芬顿反应将H2O2直接转化为·OH用于CDT,还能够消耗肿瘤细胞内GSH并生成Cu+,以诱导有效的铜死亡和增强CDT。体内外抗肿瘤研究结果表明,Cu O2-MSN@TA-Cu2+对癌细胞具有显著的细胞毒性,肿瘤生长抑制率可达93.42%。...
癌症导致的死亡人数连年上涨,传统的癌症治疗方式效果欠佳,纳米药物递送系统的出现有效提高药物装载能力和靶向能力,克服了传统治疗的局限性。介孔二氧化硅纳米粒因具有高比表面积和孔容、生物相容性好被广泛应用于药物靶向递送。化学动力学疗法（Chemodynamic therapy,CDT）前景广阔,但是碍于肿瘤微环境谷胱甘肽（Glutathione,GSH）过表达和H2O2含量不足,单独使用CDT效果甚微。通过消耗GSH和提高H2O2含量,并协同其他治疗手段能够达到优异的抗肿瘤效果。因此,本文以四硫键桥连介孔二氧化硅纳米颗粒（S4MSN）为载体,负载化疗药物和芬顿试剂用于三重增强CDT并联合化疗和H2S治疗肿瘤。本文的主要研究内容和结论如下: （1）S4MSN@DOX-Fe2+的制备和相关性能表征。首先采用溶胶-凝胶法和萃取法成功合成了S4MSN。S4MSN具有均匀的球形形貌,粒径为30 nm,比表面积为202 m2/g、总孔体积为0.71 cm3/g,介孔尺寸为2.1 nm。随后,通过静电吸附作用将阿霉素（Doxorubicin,DOX）和芬顿试剂Fe2+共同载入S4MSN制备S4MSN@DOX-Fe2+,DOX和Fe2+的负载率分别为12.8和10.6%。S4MSN@DOX-Fe2+具有良好的GSH消耗能力,消耗量为2.2×10-5 mol/g。GSH的消耗触发纳米颗粒降解并伴随DOX和Fe2+的释放和H2S的生成。当置于含有10 mM GSH的p H 5.0 PBS中72 h后,颗粒基本完全降解,DOX和Fe2+的累计释放量达到58和27%,H2S的生成浓度约为470μM,释放的Fe2+催化芬顿反应产生·OH。 （2）S4MSN@DOX-Fe2+在细胞内和体内的相关性能检测。S4MSN@DOX-Fe2+表现出时间依赖的摄取行为,48 h的GSH消耗率为50%。通过荧光探针分别检测到细胞内的活性氧、·OH和H2S。通过MTT法检测其对4T1细胞治疗48 h的IC50值为17μg/mL。体内成像显示S4MSN@DOX-Fe2+主要富集在肿瘤和肝肾器官。体内抗肿瘤治疗表明S4MSN@DOX-Fe2+具有优异的肿瘤治疗效果而对正常组织细胞无明显毒副作用,静脉注射4T1荷瘤小鼠治疗十天后的肿瘤抑制率达到85.36%。血常规和溶血实验证明其具有良好的生物相容性和安全性。...
随着生物医学的发展,细胞治疗技术在临床上的应用变得越来越广泛。细胞的有效冷冻保存是细胞治疗供应链中细胞保持活力和功能的关键,然而传统冷冻保护剂二甲基亚砜（DMSO）的毒性限制了细胞治疗产品冻存技术的应用。近年来,科学家研究将非渗透性冷冻保护剂海藻糖递送进细胞内,以实现无DMSO条件下细胞治疗产品的有效冻存。然而目前递送海藻糖的载体局限于聚合物纳米颗粒,存在制备复杂、物化特性难以调控、难以大批量制备等问题,阻碍了细胞治疗及冻存技术的发展。 针对上述问题,本文探究了将制备简便、物化特性可控的介孔二氧化硅（MSN）作为海藻糖递送载体的可行性。首先,通过溶胶凝胶法和双相合成法制备了不同粒径和不同孔径的介孔二氧化硅;其次,通过共缩合法和后修饰法在MSN表面上修饰不同的官能团,并通过透射电镜、动态光散射、傅里叶变换红外光谱、热重分析等方式表征修饰后MSN的物化性质;最后,将不同粒径、不同孔径和不同表面官能团修饰的介孔二氧化硅用于装载海藻糖,使用热重分析仪表征MSN的海藻糖装载量,使用透析法表征不同表面官能团修饰MSN的海藻糖释放效率,建立介孔二氧化硅的物化特性与其递送海藻糖能力之间的构效关系。 基于溶胶凝胶法探究了实验参数对MSN粒径的影响,实验结果表明,pH是影响介孔二氧化硅粒径的关键因素。在两种pH条件下,通过优化实验条件成功制备了形貌呈规整球形、粒径分布均匀的粒径分别为100和200 nm的MSN（分别记为MSN100和MSN200）,孔径为3 nm;利用双相合成法制备了大孔径树枝状介孔二氧化硅,形貌呈规整球形,粒径约为200 nm,孔径为7 nm。利用共缩合法制备了氨基修饰的介孔二氧化硅（MSN100@NH2）,以及后修饰法制备了羧基（MSN100@COOH）和聚乙二醇修饰（MSN100@PEG）的介孔二氧化硅,水力学粒径均在130～140 nm,粒径分布均匀,在去离子水中的电位分别为+32 mV、-27 mV和-21 mV。将不同物化特性的介孔二氧化硅用于装载海藻糖,结果表明,同等孔径条件下,小粒径的MSN100的海藻糖装载量（3.1%±0.7%）显著高于大粒径MSN200;同等粒径条件下,大孔径的DMSN的海藻糖装载量（4.7%±0.7%）显著高于小孔径MSN200;MSN100@COOH的海藻糖装载量（0.9%±0.7%）显著低于MSN100,MSN100@NH2的海藻糖装载量（4.9%±0.4%）和MSN100@PEG的海藻糖装载量（13.1%±1.2%）显著高于MSN100,可能是由于单位面积的氨基和聚乙二醇为海藻糖提供了更多的吸附位点;并且氨基和聚乙二醇修饰的介孔二氧化硅在最初的3 h内可快速释放海藻糖,累计释放率分别为80%和24%。本研究表明,实验制备的MSN100@NH2和MSN100@PEG具有更高的海藻糖装载量和更快的释放效率。制备简便、物化特性可控的介孔二氧化硅具有作为海藻糖纳米递送载体的潜力,有望突破目前海藻糖纳米载体局限于聚合物纳米颗粒的限制,为细胞治疗产品的高效冻存提供了实验基础,对推动细胞治疗市场的发展有重要意义。 ...
癌症作为全球主要的死亡原因之一,尽管医学科学和技术取得显著进展,其治疗方法仍然受限。作为肿瘤免疫治疗领域的一个重要分支,癌症疫苗（Cancer vaccine）代表了一种主动免疫疗法,通过激活人体自身免疫系统来阻止癌症发展或杀灭现有的肿瘤。目前癌症疫苗研究主要聚焦于树突状（Dendritic cell,DCs）细胞,但受限于肿瘤相关抗原（TAAs）的不明确性和递送效率底下,其抗肿瘤效果主要依靠CD8+T细胞。因此,需要开发一种新型癌症疫苗,该疫苗不依赖于已知的肿瘤相关抗原、能够调动多种免疫细胞参与、实现广谱的抗癌效果。 恒定不变自然杀伤T（Invariant natural killer T cells,iNKT）细胞作为连接先天和获得性免疫的关键桥梁,能够激活包括DCs、NK和T细胞在内的下游免疫细胞,产生持久而强大的免疫反应,因此被视为一种潜在的癌症疫苗目标。此疗法面对最大的挑战是多次静脉注射游离αGC会导致iNKT细胞无能,注射CD1d/αGC复合物会缓解iNKT细胞无能现象,但其在复杂的生理环境中易被破坏,降低其功效。 基于以上背景,通过油水两相体系合成了具有高比表面积、大孔径和良好稳定性的树枝状介孔二氧化硅（DMSN）。这些特性使得DMSN成为保护蛋白质、多肽等易于降解药物的理想载体。进一步地,对DMSN表面进行了巯基（SH）修饰,得到的D-SH在生理环境中显示出更高的稳定性,并能够进一步接枝聚乙二醇（PEG）,以增强其在体内的循环时间。采用探头超声技术,我们成功将CD1d/αGC大分子蛋白复合物高效地负载进D-SH的孔道内,不仅实现了高达93±5%的包封率,还保证了这些蛋白复合物在体内免于被过早清除。 在小鼠肝脏中D-SH&CD1d/αGC纳米疫苗一次给药后显著激活了iNKT细胞（35.9%）,是对照组（8.99%）的3.9倍,是αGC一次给药（22.65%）的1.5倍,是CD1d/αGC一次给药（24.8%）的1.4倍;连续给药三次后,D-SH&CD1d/αGC纳米疫苗维持了较高的iNKT细胞激活水平,减缓了iNKT细胞无能现象。此外,该纳米疫苗能够激活强大的免疫级联反应,协同杀伤肿瘤细胞,并调节免疫抑制的肿瘤微环境。特别是在肿瘤微环境中,NK细胞和CD8+T细胞的比例显著增加,而MDSC细胞比例大幅下降。这项靶向iNKT细胞的介孔二氧化硅纳米疫苗的研究为肿瘤免疫治疗提供了新的思路和策略。 ...
临床上,骨质疏松（Osteoporosis,OP）患者髋关节骨折行置换术后常因假体下沉、松动和假体周围骨折而面临再次甚至多次翻修手术。这些问题主要源于钛合金假体的表面惰性及难以发挥调控OP患者“成骨-破骨微环境失衡”的生物学功能。临床一线抗OP药物唑来膦酸（Zoledronic acid,ZOL）能够抑制破骨细胞分化导致的骨过度吸收,重塑成骨-破骨微环境,从而促进骨再生。然而,如何提高ZOL的生物利用率,并维持其在假体与宿主骨界面的适当药物浓度,已成为延长OP患者假体服役寿命的关键环节。本论文于3D打印多孔钛合金（3D-printed porous titanium alloy,pTi）表面构建了Ca2+功能化的多级孔分子筛涂层,通过Ca2+螯合作用和介孔孔道吸附作用实现ZOL的高效负载和长期缓释;同时,通过系列研究明确其调控“成骨-破骨微环境”和促进OP状态下假体界面骨整合和调节骨代谢的能力。本论文的主要研究内容和结论如下: （1）pTi表面多级孔分子筛涂层的不同制备策略对其理化性能和细胞命运调控的影响。采用电子束熔融成型技术制备了孔隙率为75%的多孔Ti6Al4V支架,基体表现为典型的α+β相钛合金,断口呈现出韧性穿晶断裂特点,表明其具有良好的塑韧性。使用“原位生长法+脱铝改性”法、“二次生长法+脱铝改性”法和“层层静电自组装”（Layer by Layer assembly,LBL）法在pTi表面构建了具有“微孔-介孔-大孔”空间梯度结构的功能化界面。LBL策略组钛合金基体中有新的α相析出,表现出了更加优异的力学强度;此外,该组涂层较其他两种方法制备的涂层更加均匀致密,其表面粗糙度和亲水性均得到显著提升,且能够促进微环境中成骨前体细胞的粘附、增殖和延伸,提升细胞的成骨分化能力,呈现出了优异的生物相容性和最佳的成骨诱导能力。 （2）多级孔分子筛涂层负载、释放ZOL能力及其生物相容性研究。多级孔分子筛涂层中的“介孔”结构的引入被证实促进了微环境中骨髓间充质干细胞的粘附及相关vinculin蛋白的表达,提高了钙结节形成水平。优选LBL策略在pTi表面构建了负载ZOL药物的Ca2+功能化多级孔分子筛涂层,通过Ca2+与ZOL间的螯合作用和涂层“介孔”孔道的吸附作用协同实现ZOL的高效负载;随后,通过自由扩散和周围环境中Na+与Ca2+的离子交换作用实现药物的长期缓释。此外,载药涂层表现出更优的细胞铺展和伪足延伸,表明其具有良好的生物相容性。 （3）不同浓度ZOL对成骨-破骨平衡中细胞命运的调控作用。构建不同浓度（5、10、20μg/m L）ZOL的载药分子筛涂层。体外研究表明,各组植入物表面和周围的细胞增殖、存活和细胞形态均未见显著差异,且各组的体内实验证实动物主要脏器的组织形态学结构均未发生病理性改变。此外,10μg/m L浓度组可抑制成熟破骨细胞的形成、减少破骨细胞相关的骨吸收作用、诱导破骨细胞凋亡,同时发挥了优异的成骨诱导和钙沉积能力。最终优选出具有良好的体内外生物相容性、并能调控微环境的成骨-破骨平衡的10μg/m L浓度组的载药涂层用于动物实验。 （4）负载ZOL的多级孔分子筛涂层对OP状态下植入物骨整合和骨代谢的调控。以OP兔的病理条件为基础,将不同组别支架植入兔左侧股骨远端外侧髁,Micro-CT证实了多级孔分子筛涂层递送ZOL能够显著改善植入物与宿主骨界面间的骨整合能力;双荧光标记和亚甲基蓝-品红染色可见,载ZOL组钙沉积速率显著高于其他组,新生骨组织可长入支架的中心区域,证实局部递送ZOL能够有效促进新生骨组织长入。植入物周围骨质免疫组化染色可见,载ZOL组可显著下调骨质内核因子κB受体活化因子配体/骨保护素比例并上调成骨相关蛋白碱性磷酸酶和骨钙素的表达,确证了涂层局部递送ZOL能有效改善OP状态下植入物周围骨质的骨代谢情况。 ...
背景:急性外伤、外科手术所造成的不规则创伤并发大出血是人类发生失血性休克乃至死亡的重要原因,对于发生在肘、肩、髋、膝等大关节以及肝、肾、脑等不可压缩器官的损伤出血,临床止血纱布难以迅速发挥止血疗效。除此之外,内科系统也会发生疾病、药物、遗传等相关的各种出凝血障碍问题。如再生障碍型贫血、急性早幼粒细胞白血病、特发性血小板减少性紫癜、骨髓增生异常综合征、血友病、鼠药中毒等,都会发生以出血为临床表现的并发症,治疗手段往往局限于外源性输注血小板、血浆输注、应用重组凝血因子VII、激素冲击疗法以及应用血小板生成素受体激动剂如艾曲波帕、阿伐曲波帕、罗米司亭等。但由于药物治疗起效慢、个体治疗效果差异明显、经济因素以及血液制品短缺和血小板体外保存周期短等不利因素限制,临床一线治疗面对如鼻腔出血、牙龈出血、体表外伤出血不止时往往只能选择止血纱布填塞或者明胶海绵填塞,但这两种止血材料因材质较硬而不能有效封堵伤口导致其疗效不佳。因此,针对创伤或出凝血功能异常的急性出血,设计一种新型止血敷料已成为临床医生迫切需要解决的问题。本研究以快速吸收液体、抗菌、合成便捷为设计目标,以便宜易购的天然成分,明胶（Gelatin）为载体制备了新型磷酸化改性冻凝胶（Cryogel）并加载了含单宁酸（Tannic acid,TA）与铜离子介孔生物活性玻璃（Copper ions mesoporous bioactive glasses,MBG-Cu）,得到负载含单宁酸的铜纳米颗粒磷酸改性冻凝胶（GP@MBG-Cu-TA）,研究其止血和抗菌作用,为临床创伤及病理性出血提供止血抗菌新材料。 目的:探究磷酸改性冻凝胶负载单宁酸与铜纳米生物活性玻璃后的止血、抗菌及伤口愈合效果。 方法:我们用甲基丙烯酸酐修饰明胶制得甲基丙烯酰明胶（Gelatin methacryloyl,Gel MA）冻凝胶,在Gel MA溶液中引入聚合咪唑磷酸（Imidazole-modified Poly P,Poly-Im）,冻干制得磷酸改性Gel MA冻凝胶（Gel MA-Phophate,GP）,通过核磁共振波谱表征GP冻凝胶结构;我们使用煅烧法制得MBG-Cu,将其混入到5%浓度的单宁酸溶液中,经过冻干制得含单宁酸的铜离子生物玻璃（MBG-Cu-TA）,通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）表征生物玻璃结构;将GP冻凝胶与MBG-Cu-TA共同浸泡过夜后冻干制得GP@MBG-Cu-TA。通过SEM、傅里叶红外光谱表征GP@MBG-Cu-TA冻凝胶结构,计算GP@MBG-Cu-TA的孔径率。选用NIH3T3细胞和冻凝胶浸出液共培养,使用细胞增殖实验（Cell Counting Kit-8,CCK-8）、活死细胞染色观察细胞生长状态来评估材料的生物相容性;选用Raw264.7细胞与浸出液共培养,利用免疫荧光染色在共聚焦显微镜下观察Raw264.7细胞形态来评估材料的免疫原性。通过体外孔板凝血实验、测算凝血指数、材料溶血实验、细菌集落形成实验考察GP@MBG-Cu-TA的体外止血、抗菌和血液相容性等功能。最后我们利用大鼠肝脏创伤出血模型、再生障碍型贫血（Aplastic anemia,AA）小鼠模型、A型血友病（Hemophilia A）小鼠模型,将GP@MBG-Cu-TA覆盖至大鼠肝脏创面出血处和凝血功能异常小鼠断尾伤口出血处,记录出血量和出血时间,评估GP@MBG-Cu-TA体内止血效果。同时通过H&E染色、ELISA测试评估复合水凝胶的体内组织相容性,在评估材料的抗菌性能时,我们建立小鼠全皮层缺损感染性伤口后应用材料,计算第7、14天伤口愈合率。 结果:（1）核磁共振氢谱1H与31P结果显示出的特征峰,证明成功实现了对Gel MA的磷酸化改性。与MBG相比,MBG-Cu-TA仍然为球形,直径为80至100nm之间,其形态、尺寸分布方面没有改变。（2）磷酸化改性后使得冻凝胶海绵由坚韧紧密变为蓬松柔软,孔径率增大（77.95±0.001%）,溶胀率增加（3991.0±2.25%）微观结构为疏松多孔结构。（3）添加MBG-Cu-TA后使得冻凝胶抑制了细菌集落形成,具有抗菌性。（4）NIH3T3细胞与材料浸出液共培养后发现细胞黏附性和增殖速度未发生明显改变,细胞形态呈梭形。（5）Raw264.7细胞与材料浸出液共培养后发现细胞形态呈圆形,未发生大面积坏死且细胞未发生极化。（6）体外凝血实验和含血冻凝胶的SEM照片显示GP@MBG-Cu-TA能吸收血液并截留血细胞,材料表面观察到大量红细胞、血小板和纤维蛋白形成。（7）凝血指数测试结果显示GP@MBG-Cu-TA组指数最低,达9.2±4.50%,证明其促进凝血速度最快。（8）在大鼠肝脏损伤模型中,GP@MBG-Cu-TA组能够显著降低出血量（156.17±44.64 mg）及出血时间（65.83±18.15 s）。（9）在小鼠断尾模型中使用GP@MBG-Cu-TA处理伤口,野生型小鼠（49.67±13.83 mg）、再生障碍性贫血模型小鼠（46.0±7.29 mg）与血友病模型小鼠（121.17±41.03 mg）均显示材料能降低出血量。在添加有金黄色葡萄球菌的皮肤损伤愈合模型中,GP@MBG-Cu-TA组在第14天的愈合率（第14天伤口面积/第0天伤口面积x100%）达1.24±0.35%,愈合率较对照组有显著性提高。 结论:使用磷酸化改性冻凝胶可以改变冻凝胶的物理性质,提高液体吸收速度。MBG-Cu-TA赋予了冻凝胶优异的抗菌性能。以天然明胶为基础合成的GP@MBG-Cu-TA冻凝胶具有良好的可降解性和生物安全性,合成简便,易于储存,GP@MBG-Cu-TA冻凝胶可以应用于出血伤口,促进局部凝血,在减少出血量的同时具备抗菌功能。 ...
牙科树脂复合材料的出现是龋齿修复历程上的一场重要改革,其可以通过微创手术尽可能保留牙齿健康的组织结构并提供自然的美观度,逐渐成为了汞合金等传统材料的完美替代品。然而,牙科树脂由于机械强度不足,容易应力折断等问题,限制了其进一步应用。在复合树脂中添加介孔二氧化硅填料,可以与树脂基体形成机械互锁,从而提高复合树脂的机械强度。然而,由于介孔二氧化硅的水解稳定性极差,含介孔二氧化硅的复合树脂在水中浸泡一段时间后,机械性能显著下降。鉴于此,本文提出了在介孔二氧化硅内引入功能元素来提高其水解稳定性,从而改善复合树脂的耐老化性能,优化了复合树脂的综合性能。具体研究内容和结果如下: 1.通过溶胶-凝胶法制备了介孔二氧化硅(MSSs),然后将铝离子通过非均相成核掺入MSSs中形成铝掺杂介孔二氧化硅(Al-MSSs),随后以Al-MSSs颗粒作为功能填料加入复合树脂中,对含Al-MSSs复合树脂力学性能和耐老化性能进行了评估。研究发现,制备的Al-MSSs粒径均一,分散性良好并且具有完整的球形形貌、褶皱状的介孔结构和稳定的抗水解能力。复合树脂的力学性能随着无机填料负载量的增加而逐渐提高,且在相同填料含量下,力学强度和含MSSs的复合树脂接近,均高于实心二氧化硅小球(NSSs)组。在37℃去离子水中老化30天后,含有25 wt%的Al-MSSs的树脂复合材料的弯曲强度仅下降了3.53%,而填充NSSs和MSSs的树脂复合材料的弯曲强度分别下降11.37%和30.29%。Al-MSSs、NSSs和MSSs作为双峰填料时,其对应的弯曲强度下降率分别为4.90%、9.69%和34.61%,其中功能填料含量仅为10 wt%(总填充量为60 wt%)。这说明我们制备的Al-MSSs可以同时提高复合树脂的力学性能和耐老化性能。而且,进一步研究表明,加入Al-MSSs不会明显影响复合树脂的其他物理化学性能。 2.利用溶胶-凝胶法制备了MSSs,然后通过简单的浸泡法制备了锆掺杂介孔二氧化硅(Zr-MSSs),将Zr-MSSs作为无机填料掺入复合树脂中,对含Zr-MSSs的复合树脂力学性能和耐老化性能进行了评估。研究发现,所制备的Zr-MSSs具有独特的褶皱状介孔结构和完整的球形形貌,且分散性良好,粒径均匀,其中Zr原子百分比为1.29%。复合树脂机械性能随着无机填料负载量的增加而逐渐提高。将其在37℃的去离子水中浸泡后,含有25 wt%的Zr-MSSs颗粒的树脂复合材料浸泡后的弯曲强度相比浸泡前的力学性能下降了6.61%。而相同含量下含MSSs和NSSs的复合树脂的弯曲强度分别下降了30.29%和11.37%。采用商用树脂3M Z350XT和Zr-MSSs、MSSs以及NSSs作为双峰填料(其中功能填料含量为10%,填料总含量为60%)的复合树脂进一步评价其耐老化性能。其对应的弯曲强度相比浸泡前分别下降了15.19%、7.42%、34.61%和9.67%。细胞毒性实验表明,Zr的引入没有明显的细胞毒性。说明我们所制备的Zr-MSSs可以显著提高复合树脂的力学性能和耐老化性能,且不影响复合树脂的其他使用性能。 ...
骨缺损是一类常见的临床疾病,当下研究者关注的焦点是改进骨修复材料,以期更好地满足临床骨缺损治疗需求。 本文从改进骨修复材料成骨活性以及缓解感染性骨缺损的局部高活性氧（ROS）微环境出发,对介孔生物活性玻璃（MBG）进行相应功能化设计制备了两种纳米粒子,并进行相应理化性能和骨修复性能研究。具体研究内容包括两部分: （1）无定形磷酸钙（ACP）具有高生物活性,在骨骼和牙齿生物矿化过程中扮演关键角色。然而ACP在水溶液中不稳定,容易快速相变为羟基磷灰石（HAP）。本章为了设计生物活性骨修复材料,选择MBG作为纳米载体,在介孔受限通道内原位负载ACP,成功制备了MBG@ACP纳米粒子。对MBG@ACP的结构形貌、理化性能、牙齿仿生矿化修复、体外HAP形成能力以及成骨性能进行检测。透射电镜下观察MBG@ACP为球形纳米粒子,由于ACP的负载,放射状介孔通道不明显。比表面积、孔体积等由于ACP的负载而减小。ACP的负载可提高生物活性,表现为诱导牙齿仿生矿化封闭牙本质小管以及在模拟体液（SBF）中快速反应生成HAP。MC3T3-E1细胞成骨分化实验结果表明MBG@ACP通过释放矿物离子上调成骨相关基因以及促进矿化结节表达。蛋白免疫印迹及免疫荧光结果显示MBG@ACP促进成骨相关蛋白的高表达。最后大鼠颅骨缺损模型表明MBG@ACP以骨粉的形式填充至缺损区可促进骨修复。 （2）感染性骨缺损的局部高ROS微环境要求材料设计时引入抗氧化剂,发挥清除ROS、调控局部炎症微环境以及促成骨分化能力。单宁酸（TA）是一种天然抗氧化剂,具有良好生物相容性,可与金属离子快速配位,在不同基材表面快速形成金属-酚网络（MPNs）。本章在MBG生物活性以及MPNs的普遍适应性基础上,室温下通过TA的酚羟基与锌离子配位作用快速在MBG表面修饰了TA-Zn网络,制备了MBG@TA-Zn纳米粒子。对MBG@TA-Zn的结构形貌、理化性能、生物相容性、抗菌性能、抗氧化性能以及成骨性能进行表征。透射电镜图像和DLS结果显示MBG@TA-Zn分散性好,粒子尺寸比MBG稍大,纳米粒子表面粗糙。细菌实验结果表明MBG@TA-Zn能破坏细菌生物膜。正常及氧化应激状态下的生物相容性结果显示MBG@TA-Zn细胞毒性低,能清除ROS,保护细胞免受氧化应激损伤。脂多糖（LPS）刺激巨噬细胞构建内源性氧化应激模型后经RT-qPCR检测炎症细胞因子的表达,结果为TNF-α,iNOS等M1型促炎因子表达下调及CD 206,Arg-1等M2型抗炎因子表达上调。此外免疫荧光染色结果也表明MBG@TA-Zn可以清除ROS,促进巨噬细胞M2型极化。过氧化氢（H2O2）刺激MC3T3-E1细胞构建外源性氧化应激模型,RT-qPCR检测成骨基因表达、ALP染色及茜素红染色实验结果表明MBG@TA-Zn可以在氧化应激下清除ROS,促进成骨分化。 综上,本文通过简单的方法对MBG进行功能化设计,成功制备了两种不同的纳米粒子。MBG@ACP具有优良生物活性、矿化诱导能力及成骨分化能力,可以骨粉的形式植入骨缺损区实现骨再生。MBG@TA-Zn可以清除ROS,调控氧化应激微环境,还兼具抗菌及促成骨性能,有望用于感染性骨缺损的治疗。 ...
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