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基于钽铜薄膜和微纳米结构协同效应的医用钛表面生物功能化研究

微纳加工；拓扑结构；细胞分化；抗菌；表面改性

12、生物表面工程

材料表面的拓扑结构、粗糙度、化学组成和亲疏水性等对细胞的粘附、增殖和分化具有重要影响。研究植入体表面微纳米拓扑结构和化学成分对细胞行为的影响规律并揭示其内在机理，对组织工程和再生医学的发展具有重要意义。钛及钛合金作为常用的骨修复材料，缺乏骨诱导性和抗菌作用。本文通过光刻结合电感耦合等离子体刻蚀技术在钛表面构筑高分率的凹槽形貌，采用电子束蒸镀沉积法在钛和拓扑钛表面沉积了纳米层的钽和钽铜薄膜，研究了其细胞的增殖分化、基因表达和抗菌作用。体外细胞实验表明，拓扑结构可以有效地调控细胞的生长状态和分化，通过高通量实验，筛选出适合细胞骨向分化的尺寸。钽和钽铜薄膜具有良好的细胞相容性，适合于细胞的粘附、增殖和分化，并且具有良好的抗菌作用。纳米结构的钽表面能够有效抑制金黄色葡萄球菌的粘附。体内植入实验进一步证实了具有表面微纳结构的钽铜薄膜具有显著的诱导成骨作用。本研究将对医用金属表面生物功能设计具有参考意义。