医用钛表面高度有序纳-微米结构及生物性能研究

In this proposal we will focus our attention to the surface manufactures in nano-micro scale and highly oredered structure on tiatanium medical implants, based on the fact that the bioproperties of medical implants are largely relied on their surface structure. The following works are proposed: (1) to construct a highly ordered structure in nano-micro scale on titanium medical implants, by a novel electrochemical etching of self-organization; (2) to realize chemical and/or biological modification and assembly on the constructed nano-micro and ordered structure to further enhance the bioproperties; (3) to perform a high throughput evaluations and to effectively find out the relationship between surface nano-micro structure and bioproperties, by a novel micropattern technique through surperhydrophilic- superhydrophobic template; (4)to elucidate the mechanism of formation and modulation of nanno-micro structure on medical implants surface by using various physicochemical methods; All of the above proposed works will provide a helpful theoretical foundation and technical support for development of new advanced medical implants.

基于自然骨仿生学和生物表界面复杂过程的观点，高性能医用植入材料表面应具有高度有序纳-微米多级结构，以满足生物表面最佳的微环境及界面过程的协同效应。 本申请拟开展如下研究：（1）运用场致自组织电化学刻蚀法，建立一种可在钛表面精确构筑高度有序的纳-微米多级结构、并可实现批量化应用的表面技术；（2）进一步探明钛表面高度有序的纳-微米多级结构的形成机理、调控因子及作用规律：（3）在高度有序的纳-微米多级结构表面进行化学生物学组装和修饰，进一步增强生物特性；（4）建立一种超亲－超疏水模板法，在钛表面构筑图案化阵列结构，高通量（高效）研究医用钛表面高度有序纳-微米结构及其生物性能的关系，为实现新一代高性能医用植入体表面纳-微米制造提供理论基础和技术支撑。

钛及钛合金因具有良好的化学稳定性、生物相容性以及力学性能而被广泛用作人工骨、关节、种植体等硬组织替换材料。然而，钛金属材料表面呈生物惰性，难以与骨组织形成良好骨性结合，亟需对其表面结构和组分进行改性和修饰，以提高其生物相容性、生物活性等综合性能。基于仿生学的观点，本项目侧重开展医用钛表面高度有序纳微米结构精确构筑、高度有序纳微米结构的生物活性因子的组装/修饰、表面梯度-图案化高通量研究方法的建立及高度有序纳微米 结构与细胞行为之间的构性关系的深入研究，主要取得以下进展和成果：（1）首次建立了一种场致自组织电化学刻蚀技术，在医用钛表面成功构筑了纳-微米有序多级结构，并对其形成机理进行了探讨；（2）利用超亲-超疏水模板法在钛表面构筑了组分/形貌梯度化微图案结构，实现了高效的研究材料与细胞的相互作用。同时发展了双极阳极氧化法构筑梯度图案化表面结构，为生物材料性能的高通量评价提供了一种新的途径；（3）基于钛表面微纳米有序结构，开展了表面钙磷涂层、抗菌肽、抑炎因子、血管内皮生长因子等功能化修饰和改性，进一步增强材料的生物性能和生物功能；（4）此外，我们还利用原位红外和原位拉曼谱学技术，进一步探明材料生物矿化过程以及蛋白与材料表面相互作用机制。