最后,作者以Ag+和BSA作为生物活性物质模型,考察了PGC纳米膜控制释放生物活性物质的能力。总体而言,装载Ag+和BSA的PGC纳米膜物化性质没有明显影响,且它们的释放与COL1极为一致。这说明,PCG表面可以开发出一种适用于特定临床需求的多功能、个性化的涂层。
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2020年 9月 8日,来自暨南大学深圳人民医院的 Qiqing Zhang教授在 Chemical Engineering Journal上发表了“Astrocytes Control Sensory Acuity via Tonic Inhibition in the Thalamus”的文章。该研究开发出一种多层的多多巴胺(PDA)/氧化石墨烯(GO)/I型胶原(COL1)(PGC)纳米膜,并对其进行了生物学评估。这种生物活性涂层使金属钛植入物的使用成为可能。
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研究介绍
在临床应用上,钛基生物材料的治疗效果好坏参半。尽管这类材料因其良好的性能而被广泛应用于临床,但是它表面较低的生物活性也同样面临许多问题。涂层功能单一的植入物完全不能满足复杂的骨微环境的要求。因此,迫切需要在钛基种植体表面开发一种多功能的、个性化的、生物相容性好的涂层,以满足个性化种植体的需求。
考虑到这些,作者开发出一种多层的多多巴胺(PDA)/氧化石墨烯(GO)/I型胶原(COL1)(PGC)纳米膜,通过一层一层自组装工艺在纯钛表面制备了具有强大可控的释放能力的生物活性物质。PDA具有极强的共价和非共价结合能力,优异的金属离子螯合能力,被用作粘合剂。并且,PDA能增强有机和无机界面的相互作用。它们与无机表面上的羟基和有机表面上的氨基同时形成共价键,而界面上的氢键显著增强了这些作用。因此,PDA层可以保证纳米膜牢固地附着在基板上。GO可以吸引金属离子,并且能够承载很多其他的生物活性物质。此外,GO可以提供场所使生物活性物质装载在PGC纳米膜上。GO带负电荷,它可以与带正电荷的COL1层形成静电结合以提高PGC纳米膜的稳定性。GOL1作为人体骨组织不可缺少的成分之一,可以促进骨细胞分化和细胞外基质矿化的作用。
首先,作者制作了一种经过碱热处理的钛基板(AHTi),并选择了3种PGC纳米膜(PGC5,PGC10,PGC20)包被。通过扫描电子显微镜的观察Ti、AHTi、AHTi-PGC(5、10、20),发现它们的表面结构并不相同。AHTi明显呈现出多孔结构的特征,而且其表面特性被PGC纳米膜改变。作者同时测量了材料的水接触角和乙二醇接触角,发现碱热处理后的材料的水接触角和乙二醇接触角均减少。但是,AHTi-PGC相对于AHTi,其接触角显著增加。同时,碱热处理极大的增加了材料表面的自由能,并且AHTi-PGC的自由能更加高。之后,作者使用X射线光电子谱技术探测Ti,AHTi、AHTi-PGC(5、10、20)表面的元素组成。
作者探讨了PGC纳米膜中各组分之间的相互作用对纳米膜的形成和生物活性的作用。PDA层中可能存在儿茶酚、氨基和质子化氨基(-NH3 +)三个活性官能团。在碱性环境下(pH = 8.5),邻苯二酚基团可以通过双齿相互作用与两个Ti-OH基团形成强共价键,显著提高了PGC纳米膜与Ti底物的结合强度。GO与PDA层、GO与COL1层之间的相互作用主要是静电作用和氢键。值得注意的是,在与PDA或COL1层相互作用后,各GO层中只有最外层的GO被还原,保留了大量的生物活性物质的负载位点。COL1与PDA层间的相互作用,除了非共价键作用(即静电作用和氢键)外,在pH为8.5时,COL1分子中的胺基与PDA中的醌类通过Michael加成反应或Schiff反应形成共价键这些共价键确保了相邻两层PGC纳米膜之间紧密的锚定,从而提高了整个纳米膜的稳定性。
之后,作者测定了COL1在PGC纳米膜的含量,发现在AHTi-PGC20中含量最高。COL1的释放依赖于PGC纳米膜的降解,这也可能影响负载生物活性物质的释放行为。因此,作者绘制了COL1累积释放曲线,发现在最初的24 h,COL1在3中PGC纳米膜中都释放很快。并且,PGC5纳米膜的COL1释放高达80%,而PGC10和PGC20的释放进入一个相对稳定逐步释放的阶段直到第21天。这说明PGC纳米膜的降解可以持续一段很长的时间,这有利于维持生物活性物质的释放。
作者从蛋白吸收,细胞黏附、细胞形态学以及细胞相容性方面比较了Ti,AHTi、AHTi-PGC(5、10
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