医用金属材料表面纳米拓扑结构及组成对骨修复相关细胞行为变化的诱导

骨修复材料表面纳米拓扑结构和组成将影响骨缺损修复时相关细胞的行为，进而影响炎症反应、血管生成和骨重塑。这种骨修复过程中的诱导作用是在纳米尺度下进行的，涉及材料表面拓扑结构、组成和细胞种类等三方面的因素。本项目根据临床上骨缺损种植金属材料在周期表中的位置，选取第ⅡB、ⅢA、ⅣB和ⅧB等四族部分金属为基材，使其表面形成具有不同纳米拓扑结构的氧化层；或者在此氧化层的基础上连接上具有活性的有机物（例如氨基和RGD三肽）。研究材料表面纳米拓扑结构和组成诱导骨修复相关细胞行为变化的规律和可能的分子机制；分析、归纳和总结材料表面性质增强临床用骨缺损种植金属材料自修复功能和诱导血管生成功能的理论基础。该研究对完善"材料表面纳米拓扑结构和组成诱导骨缺损修复"的理论具有重要意义，而且为合成具有特定表面纳米拓扑结构和组成以及较好机械性能的可诱导血管生成和骨缺损修复的功能医用金属材料提供实验依据和技术参考。

本项目主要研究材料表面拓扑结构和组成诱导骨修复相关细胞行为变化的规律和可能的分子机制。在纳米尺度下，借助骨修复材料进行的骨缺损修复过程主要涉及三个因素：材料表面拓扑结构、组成和细胞种类。本项目以临床上骨缺损种植金属材料为基材，成功地利用阳极氧化、电沉积、模压成型、加热沉积和溅镀等技术，合成了系列氧化铝、氧化钛、氧化镍和氧化锌等二维平面。这些平面是由尺寸可控的微纳米结构组成。通过研究上述材料-细胞相互作用，发现了材料对细胞的诱导作用具有表面形貌依赖性、尺寸依赖性、组成依赖性和细胞种类依赖性。其可能的调控机制在于，1. 材料表面的比表面积和亲疏水性的协同作用改变了材料表面蛋白质的吸附，进而影响到细胞的粘附和生长；2. 材料表面相类似于细胞外基质的物理结构为细胞粘附和生长提供了适宜的空间。在项目实施期间，共发表标注本项目编号（20971039）的SCIE收录论文16篇，影响因子累计43.335。其中，影响因子3.0以上的论文9篇。参加学术会议15人次，在学术会议上交流论文3篇，被邀请分会报告1次；申请国家发明专利4项。在本项目的实施过程中，培养硕士研究生10名，其中获得硕士学位的4名，获得校优秀毕业生1名。课题负责人王华杰获得2009-2012年“校优秀硕士生指导教师”称号。指导本科毕业设计11名，均用全英文书写毕业论文。