載鋅功能化多壁碳納米管-殼聚糖復合支架的制備與性能研究.pdf

1、目的：
　　構建載鋅(Zn)功能化多壁碳納米管/殼聚糖(f-MWCNT/CS-Zn)復合支架，對其性能進行檢測，探討其作為組織工程骨的應用潛力。
　　方法：
　　第一部分功能化多壁碳納米管/殼聚糖(f-MWCNT/CS)復合支架的制備、表征及細胞毒性研究。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“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）觀察復合支架的結構形態(tài)，納米壓入儀檢測表明硬度、電子萬能力學試驗機測試拉伸強度、廣角X射線衍射儀(XRD)進行物相分析、采用 MTT法使用小鼠成骨細胞（MC3T3-El）對復合支架的細胞毒性進行評價。根據(jù)上述檢測結果，確定復合支架中f-MWCNT與CS最佳的含量比例，為后續(xù)實驗提供依據(jù)。
　　第二部分載鋅功能化多壁碳納米

3、管/殼聚糖(f-MWCNT/CS-Zn)復合支架的制備、表征及生物性能研究。以實驗第一部分確定的f-MWCNT與CS的最佳含量比例并通過添加不同濃度的 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復合支架（Zn在復合支架中的質量百分比分別為0.2%、1%、2%）。利用掃描電鏡觀察復合支架的結構形態(tài)，納米壓入儀檢測表面硬度、電子萬能力學試驗機測試拉伸強度、廣角X射線衍射

4、儀進行物相分析、紅外光譜儀（FTIR）分析復合支架各組份分子間的相互作用、抗菌實驗評價復合支架的抗菌活性、采用 MTT法使用小鼠成骨細胞(MC3T3-El）評價f-MWCNT/CS-Zn復合支架的成骨細胞增殖能力。
　　結果：
　　第一部分制備的3組f-MWCNT/CS復合支架具有三維微孔結構，孔隙率高，孔徑主要在50-300μm之間，適合成骨細胞的粘附和生長。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)計學意義（P＜0.01）。拉伸強度檢測顯示3組f-MWCNT/CS支架的拉伸強度較純CS支架增加明顯，同樣隨著支架中f-MWCNT含量的增加，f-MWCNT/CS支架的拉伸強度和彈性模量逐漸增加，差異均具有統(tǒng)計學意義（P＜0.01）。XRD顯示：分別添加0.1%、0.5%和1%的f-MWCNT對復合支架主體 CS的晶體結構沒有明顯影響。細胞

6、毒性實驗顯示0.1%f-MWCNT/CS支架和0.5%f-MWCNT/CS支架細胞毒評級為0-1級，生物形容性良好。1%f-MWCNT/CS支架細胞毒性評級為2，對成骨細胞具有輕度細胞毒性。
　　第二部分制備的3組 f-MWCNT/CS-Zn復合支架與實驗第一部分制備的f-MWCNT/CS支架結構形態(tài)相似。表面硬度測試顯示分別添加0.2%、0.1%和2%的Zn對f-MWCNT/CS-Zn支架的表面硬度無明顯影響，3組f-MWCNT

7、/CS-Zn支架與f-MWCNT/CS支架的表面硬度相似，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。拉伸強度檢測顯示添加0.2%、0.1%和2%的Zn對f-MWCNT/CS-Zn支架的拉伸強度和彈性模量無明顯影響，3組 f-MWCNT/CS-Zn支架與 f-MWCNT/CS支架的力學性能相似，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。XRD顯示：添加0.2%、1%、2%的Zn對支架主體CS的晶體結構沒有明顯影響。FTIR結果顯示：f-MWCNT的功能基

8、團和CS的帶電基團與Zn2+間具有分子間的相互作用。抗菌實驗顯示3組f-MWCNT/CS-Zn復合支架較 f-MWCNT/CS支架對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，復合支架的抗菌作用增強，差異具有統(tǒng)計學意義(P＜0.01)。細胞增殖實驗顯示 f-MWCNT/CS-0.2%Zn支架和 f-MWCNT/CS-1%Zn支架比f-MWCNT/CS支架對成骨細胞具有更好增殖作用，差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.0

9、5）。f-MWCNT/CS-2%Zn與 f-MWCNT/CS支架相比對成骨細胞的增殖作用較差，差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。
　　結論：
　　本研究制備的f-MWCNT/CS-1%Zn復合支架各組份間具有穩(wěn)定的化學結合，添加0.5%的f-MWCNT和1%的Zn對支架主體的CS晶體結構未產(chǎn)生明顯的影響。f-MWCNT/CS-1%Zn復合支架具有良好的微觀結構、力學性能、較優(yōu)的抗菌活性及促進成骨細胞增殖性能，在骨組織工程領