微图案化硬组织修复材料的制备、表征及其生物学效应

Characteristics of hard-tissue repairing materials such as microtopological structures (including surface roughness, size and distribution of surface bulges and grooves, etc),surface properties (hydrophobicity, surface charge and energy etc) and spatial structures (for example,size, oriention and interconnectivity of microholes) are of significant importance for material repairing performance.This project is planned to (a) use advanced Bio-MEMS technology to design and control precisely the topological and spatial strucures/ propetries of some typical hard-tissue repairing materials in micro-/nano- scales; (b) fabricate a series of repairing materials with given micro-/nano- structures and properties; (c) investigate their cell biological effects, i.e., evaluate their influences to cell (stem cell, osteoblast, chondrocytes) adsorption, spreading, migration, growth, proliferation and differentiation. Several repairing materials with specific structures and properties can be preliminarily screened out via comprehensive evaluation of biological effects, biomineralization and mechanical performance. In the future work, these screened materials will be used for in vivo animal experiment and even clinical medicine with the purpose of finding out the optimal spatial and topological structures/properties of hard-tissue repairing materials

硬组织修复材料的微观表面拓扑结构（如表面粗糙度、表面突起和表面沟槽的尺寸和分布等）、表面性质(如亲疏水性,表面电荷和表面能等)和空间结构(孔洞的大小、取向以及相互间的连通方式等)对材料的修复性能有着至关重要的影响。本项目拟采用先进生物材料微加工方法（Bio-MEMS）对几种典型的硬组织修复材料（包括金属材料和聚合物材料）的空间和表面拓扑结构及表面性质进行微纳米尺度的精确设计和加工,制备一系列具有特定微纳米结构和性质的修复材料(即材料的图案化)，研究这些图案化修复材料的细胞生物学效应，评价其对干细胞诱导分化的分子机制,以及对骨细胞/软骨细胞吸附、铺展、迁移、生长和增殖的影响作用。通过对其体外生物学效应、力学参数、矿化性能的综合评估，初步筛选出一批具有特定结构和性质的修复材料，为下一步开展动物体内和临床医学评价从而明确硬组织修复材料应具备的最佳结构和性质打下坚实基础。

硬组织修复材料的微观表面拓扑结构（如表面粗糙度、表面突起和表面沟槽的尺寸和分布等）、表面性质(如亲疏水性,表面电荷和表面能等)和空间结构(孔洞的大小、取向以及相互间的连通方式等)对材料的修复性能有着至关重要的影响。本项目采用先进生物材料微加工方法（Bio-MEMS）结合静电纺丝、电化学氧化等手段，对4类典型的硬组织修复材料（PLLA, PCL,Ti，PLGA）的空间和表面拓扑结构及表面性质进行微纳米尺度的精确设计和加工,制备出了一系列具有特定微纳米结构和性质的修复材料(即材料的图案化)，研究了这些图案化修复材料的细胞生物学效应，包括对细胞吸附、铺展、迁移、生长和增殖的影响作用。初步筛选出了一批具有特定结构和性质的修复材料，为下一步开展动物体内和临床医学评价从而明确硬组织修复材料应具备的最佳结构和性质打下坚实的基础。在项目执行期间，共发表SCI文章24篇，申请发明专利7项，培养博士硕士研究生9人。