第23卷第2期 无机材料学报 Vol. 23. No. 2 2008年3月 ournal of Inorganic Materials Mar.2008 文章编号:1000324X(2008)020341-05 碳/碳复合材料表面粗糙度对成骨细胞生长行为的影响 张磊磊,李贺军,李克智,李新涛,翟言强,张雨雷 (西北工业大学材料学院,西安710072) 摘要:采用化学气相沉积工艺制备了碳/碳(C/C)复合材料,用表面轮廓仪检测了表面粗糙度,用MG63成 骨细胞进行了细胞试验,研究了C/C复合材料表面粗糙度对成骨细胞形貌、粘附和增殖的影响规律.结果表 明:C/C复合材料表面粗糙度越高则成骨细胞在其表面的粘附率越高,增殖率越低;C/C复合材料表面粗糙 度对成骨细胞的生长方向和形貌具有诱导作用,粗糙度越高则方向诱导作用越明显,且细胞附着形貌呈梭形或 长条状,立体感强,反之成骨细胞则呈现片状,铺展状态好 关键词:碳/碳复合材料;粗糙度;成骨细胞 中图分类号:R318文献标识码;A Effect of Surface Roughness of Carbon/Carbon Composites on Osteoblasts Growth behaviour ZHANG Lei-Lei, LI He-Jun, LI Ke-zhi, lI Xin-Tao, ZHAI Yan-Qiang, ZHANG Yu-Lei School of Materials Science, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China Abstract: The aim of this study is to investigate the role of surface roughness of carbon/carbon(C/C) composites on osteoblasts morphology, adhesion and proliferation. C/C composites were prepared by chemical vapor infiltration and three different values of surface roughness were created by treatment with two kinds of grinding paper and mechanical polishing. The surface roughness of C/C composites was measured by Talysurf profilometer, and cell culture was performed with MG-63 osteoblasts. The adhesion rate, morphology and proliferation rate were assessed. The results show that the adhesion rate increase and the proliferation rate decrease with the increase of roughness. The orientation of the osteoblasts is affected by the roughness, the higher the roughness, the greater the effect. As surface oughness increasing, the morphology of the osteoblasts changes from shuttle and strip shape to slice Key words: carbon/carbon composites; roughness; osteoblasts 引言 骨修复和骨替代的关键是良好的骨幣合和长期 的稳定性.由于骨植入材料和组织的交互作用主要 碳/碳(C/C)复合材料继承了碳材料固有的生 发生在材料表面,所以材料的表面物理化学状态对 物相容性,同时兼具纤维增强复合材料的高韧性和 骨整合具有重要的意义,特别是材料表面粗糙度可 高强度的特点,且疲劳性能好,弹性模量与骨骼相 以直接影响细胞的附着、增殖和分化,进而影响着 当,是一种极具潜力的骨修复和骨替代生物惰性材植入体周围新生骨的数量和质量4,.已有研究结 果表明,生物医用NTi合金、钛和羟基磷灰石的 收稿日期,2007-04-25,收到修改稿日期:2007-0607 基金项目:国家自然科学基金 作者简介,张磊磊(1982-),男,博士研充生. E-rnail: zhangleilei2004@mail 通讯联系人:李贺军,教授.Emai:liejun@nwpu.edu.cn 2 01994-2070 China academic Joumal Electronic Publishing House. all rights reserved. htp: /wwe cnki net
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 第 卷 第 期 年 月 无 机 材 料 学 报 , , 文章编号 一 一 一 碳 碳复合材料表面粗糙度对成骨细胞生长行 为 的影响 张磊 磊 , 李 贺军 , 李克智 , 李新 涛 , 翟 言 强 , 张 雨 雷 西 北 工 业 大 学 材 料 学院 , 西 安 摘 要 采用化学气相沉积工艺制备 了碳 碳 复合材料 , 用表面轮廓仪检测了表面粗糙度 , 用 一 成 骨细胞进行 了细胞试验 , 研究 了 复合材料表面粗糙度对成骨细 胞形貌 、 粘 附和 增殖 的影 响规 律 结果 表 明 复合材料表面粗糙度越高则成骨细胞在其表面的粘 附率越高 , 增殖率越低 复合材料表面粗糙 度对成骨细胞的生长方向和形貌具有诱导作用 , 粗糙度越高则方 向诱导作用越 明显 , 且细胞 附着形貌呈梭形 或 长条状 , 立体感强 , 反之 成骨细胞则呈现 片状 , 铺展状态好 关 镇 词 碳 碳复合材料 粗糙度 成骨细胞 中图分类号 文献标识码 一 , 一 , , 一 丁 , 一 , 一 , , , , , 饰 饰 , 一 , 饰 , , , 引言 碳 碳 复合材料继 承 了碳材料 固有 的生 物 相 容性 , 同时兼具纤 维增 强复合材料 的高韧性和 高 强 度 的特点 , 且疲 劳性能 好 , 弹性模 量 与骨 骼 相 当 , 是 一 种极具潜力 的骨修复和 骨替代生物惰性材 料 ‘一 骨修复和 骨 替代的关键是 良好的骨 整 合和 长期 的稳定性 由于 骨 植入 材 料和 组 织 的交 互作用 主要 发 生 在材料表 面 , 所以 材 料 的 表 面物理 化学 状 态对 骨 整合具有重要 的意 义 , 特 别是材 料表 面粗糙 度 可 以 直接影 响 细 胞 的 附着 、 增 殖 和 分 化 , 进 而 影 响着 植入体周 围新 生 骨 的数 量和 质量 ’, 已有研 究结 果 表 明 , 生 物 医用 一 合金 、 钦 和 轻 基 磷 灰石 的 收稿 日期 荃金项 目 作者简介 通讯联系人 一 一 , 收到修改稿 期 一 一 国家 自然 科学基金 张磊磊 一 , 男 , 博士研究生 一 , 、 李贺军 , 教授
342 无机材料学报 表面粗糙度都可以显著地影响细胞的生长行为.细胞核计数,每组试样取三个,每个试样重复计数 羟基磷灰石和NT合金表面粗糙度越高,细胞在5次,求平均值并计算细胞粘附率,粘附率(%)=(实 其表面增殖率越高,金属钛表面粗糙度越低,细胞验组表面细胞数/对照组表面细胞数)×100%同法 在其表面增殖率越高6-8.材料的化学成分不同导以1×104/mL的密度接种,培养1、2、3 致细胞对材料表面粗糙度的响应行为不尽相同.8d后统计试样表面细胞数并计算细胞增殖率, C/C复合材料虽然已经公认具有优异的生物相容增殖率(%)=(实验组表面细胞数/对照组表面细胞 性,但其表面状态对生物学性能的影响规律研究较 数)×100 少,特别是表面粗糙度对成骨细胞生长行为的影响24细胞形貌观察 还未见深入报道.本工作用体外细胞培养的方法研 细胞培养方法同上,分别在细胞培养4h、3 究了成骨细胞在具有不同表面粗糙度的CC复合后,弃去培养液,用PBS冲洗、3%的戊二醛固定, 材料表面的生长状况,以期得到成骨细胞粘附、增用乙腈(20%、50%、70%、90%、100%)梯度脱 殖和生长形貌受表面粗糙度的影响规律,为后续的水,真空干燥、喷金制备标本,用扫描电镜(S-3400) 体内实验和临床应用提供理论依据 观察细胞形貌 2.5统计学分析 2实验 用 Graph pad-Prism统计学软件对生物学实验 21实验材料 结果进行统计学单因素多变量方差分析,取可信度 P<0.05 实验用C/C复合材料采用化学气相沉积工艺 制备,实验中以碳毡为预制体,以天然气为有机前3结果和讨论 躯体,氮气为保护载气,在900~1200°C经多次沉积 制备出密度为170g/cm32的C/C复合材料.经机械31表面检测结果 加工制得尺寸为10mmx10mm×2mm试样,分别用 C/C复合材料表面轮廓曲线(图1)反映了三组 240#、80046砂纸手工打磨和用金刚石磨粒(W0.5)试样的表面状况.三组试样表面轮廓起伏都在基准 机被抛光,然后经丙酮、无水乙醇、去离子水超声线附近波动,说明试样表面粗糙程度分布均匀;试 波清洗,制备了具有不同表面粗糙度的三组材料,样1#偏离基准线波动幅度最大,在8m左右,材 分别记做1#、2#和3# 料表面粗糙度最高,试样3#偏离基准线在10m 22材料表面检测 左右,材料表面粗糙度最低,试样2#粗糙度介于 采用表面轮廓仪( Taylor Hobson,PGI1240)检两者之间.三组试样的粗糙度参数值见图1 测试样表面粗糙度,每组随机选取3个试样,各选 图2是C/C复合材料表面的扫描电镜照片 取2mm的取样长度,记录表面轮廓曲线,检测主由图可以看出,三组材料表面形貌有明显差异,试 要粗糙度参数值(Ra、R2、R).Ra表示对材料样1#和2#表面存在打磨形成的平行定向沟槽, 轮廓所有点的轮廓偏距求平均值,R2表示轮廓微并且试样1#表面沟槽最深,表面高低起伏最大 观不平度十点高度,Rt表示材料表面偏离基准线试样3#表面光滑平整 的峰值和谷值之差 32成骨细胞的粘附和增殖 用扫描电镜(JSM-6460)观察了具有不同表面 成骨细胞的粘附和增殖是细胞与生物材料交 粗糙度的C/C复合材料的表面形貌 互作用的系列生物学行为之一,直接影响着细胞的 23细胞培养 成熟、分化以及组织形成和免疫反应,是评价材料 将三组试样经高压灭菌后置于24孔板中,取医生物学性能的重要参数0 用载玻片为对照试样,加入培养液(MEM+10%胎牛 图3为成骨细胞在C/C复合材料表面和对照 血清)浸润过夜,将成骨细胞MG-63以1×105/mL试样表面的粘附率.由图可知,C/C复合材料的 的密度接种于材料表面,在5%的CO2、饱和湿粘附率始终高于对照组,说明其具有优异的生物相 度、37°C环境中培养,分别培养0.5h、2h后取出容性,并且C/C复合材料表面粗糙度越高,细胞粘 试样,用磷酸盐缓冲液(PBS)冲洗、4%的多聚甲醛附率越高,粗糙度最高的试样1#细胞粘附率明显 固定,用5μg/mL的碘化丙啶(PI)染色15min、抗高于粗糙度最低的试样3#,并有显著的统计学差异 荧光淬灭液封片.采用荧光显微镜( Nikon80i)观察(P<0.01),说明C/C复合材料表面粗糙度高有利 o1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://mww.cnki.ner
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 无 机 材 料 学 报 卷 表 面 粗糙度都可 以 显 著地 影 响细 胞 的生长行 为 轻 基磷灰石 和 一 合金 表面粗糙度越 高 , 细胞在 其表面增殖率越高 , 金属 钦表面粗糙度越 低 , 细胞 在其表面增殖 率越高 “一 材料的化学成分不 同导 致 细 胞对 材 料 表 面 粗糙 度 的 响应 行 为不 尽 相 同 复 合材 料 虽 然 已 经 公 认 具 有优 异 的 生物 相 容 性 , 但 其表面状 态对 生物学性 能 的影 响规律研究较 少 , 特别是 表 面粗糙度对 成骨 细 胞 生 长行 为的影 响 还 未 见 深入 报道 本工作用体外细胞培养的方法研 究 了成骨 细 胞 在具 有 不 同表 面 粗 糙 度 的 复合 材料表 面 的生 长状况 , 以 期得 到 成骨细 胞粘附 、 增 殖和 生 长形 貌受表面粗糙度的影 响规 律 , 为后 续 的 体 内实验和 临床应 用提供理 论 依据 实验 实验材料 实验 用 复 合材 料 采用 化 学 气相 沉 积 工 艺 制备 , 实验 中以 碳毡 为预 制体 , 以 天 然气 为有机前 躯体 , 氮气为保护载气 , 在 、 经 多次沉积 制备出密度为 ” 的 复合材料 经机械 加工制得 尺 寸为 试 样 , 分别用 、 砂 纸 手 工打磨和 用 金 刚石 磨粒 机 械抛 光 , 然 后 经丙 酮 、 无 水 乙 醇 、 去离子 水超 声 波 清洗 , 制备了具 有不 同表面粗糙度 的三组材料 , 分别记做 、 和 材料表 面检测 采 用表 面 轮 廓仪 叮 了 , 检 测 试 样表 面粗糙度 , 每组 随机 选 取 个试 样 , 各选 取 的取 样 长 度 , 记 录 表 面轮 廓 曲线 , 检测 主 要 粗糙度参数值 。 、 、 。 表示 对 材料 轮廓所有点 的轮廓偏距 求平均 值 , 表 示 轮廓微 观 不 平度 十点 高 度 , 表 示 材 料表 面偏离 基 准 线 的峰值和 谷 值之 差 用 扫 描 电镜 一 观 察 了具 有 不 同表 面 粗糙度 的 复 合材 料的表 面形 貌 细胞培 养 将三 组 试 样经高压 灭 菌后 置 于 孔板 中 , 取 医 用 载玻 片为对 照 试 样 , 加入培 养液 胎 牛 血 清 浸 润 过 夜 , 将成 骨 细 胞 一 以 ” 的 密 度 接 种 于 材 料 表 面 , 在 的 、 饱 和 湿 度 、 环 境 中培 养 , 分 别培养 、 后取 出 试 样 , 用磷酸盐缓 冲液 冲洗 、 的多聚 甲醛 固 定 , 用 拼 的碘 化 丙 咤 染 色 、 抗 荧 光 淬灭液 封 片 采 用 荧光 显 微镜 观察 细胞核计数 , 每组 试样取三 个 , 每个试 样重复计数 次 , 求平均值并计算细胞粘附率 , 粘附率 二 实 验组 表面细 胞数 对 照组 表面细 胞数 同法 以 火 的密度接 种 , 培 养 、 、 、 、 后 统 计试 样表面 细 胞 数并 计算细 胞增 殖 率 , 增殖率 实验组 表面 细 胞数 对 照组 表面 细胞 数 细胞形貌观察 细 胞 培 养方法 同上 , 分别在细 胞培 养 、 后 , 弃去培养液 , 用 冲洗 、 的戊二醛 固定 , 用 乙 睛 、 、 、 、 梯度脱 水 , 真空干燥 、 喷金 制备标本 , 用扫 描 电镜 一 观 察细胞形 貌 统计学分析 用 一 统计学 软件对 生物学 实验 结果进行统计学单 因 素多变量 方差分析 , 取 可信度 结果和讨论 表面检测结果 复合材料表面轮廓 曲线 图 反 映 了三组 试样 的表面状况 三组试 样表 面轮廓起伏都在 基 准 线附近波动 , 说 明试样表面粗糙程度分布均 匀 试 样 偏离基准 线波 动 幅度最 大 , 在 拼 左 右 , 材 料 表 面粗糙度 最 高 , 试 样 偏 离基 准 线在 拜 左 右 , 材 料表 面粗糙度 最 低 , 试 样 粗糙度 介于 两 者之 间 三组 试 样 的粗糙度 参数 值见 图 图 是 复 合 材料 表 面 的 扫描 电镜照 片 由图 可以看 出 , 三组材 料表 面 形 貌 有 明显差 异 , 试 样 和 表 面 存在 打 磨形 成 的平 行 定 向沟槽 , 并且 试 样 表 面 沟槽最 深 , 表 面 高低起 伏 最 大 , 试 样 表 面 光 滑 平 整 成骨细 胞 的粘附和增 殖 成 骨 细 胞 的 粘 附和 增 殖 是 细 胞 与 生 物材 料交 互 作 用 的 系列 生物学 行为之 一 , 直接影 响着 细胞的 成熟 、 分化 以 及 组织 形 成和 免疫 反 应 , 是 评价材料 生物 学性 能 的重要 参数 ‘ 图 为 成 骨 细 胞 在 复 合材 料 表 面 和 对 照 试 样 表 面 的粘 附率 由图 可 知 , 复 合材 料 的 粘 附率 始终 高于对 照 组 , 说明其具 有优异 的生物相 容性 并且 复合材料表面粗糙度 越高 , 细胞粘 附率越 高 , 粗糙度最 高的试 样 细 胞粘 附率 明显 高 于 粗糙度最 低 的试 样 , 并有显著的统 计 学 差 异 沪 住 , 说 明 复 合材 料表 面 粗糙 度高 有利
2期 张磊磊,等:碳/碳复合材料表面粗糙度对成骨细胞生长行为的影响 于细胞的附着,这与文献中报道的在钛合金及羟基组,在细胞培养4d后,粗糙度最低的试样3#表面 磷灰石表面研究成骨细胞的粘附结果相吻合8.1.细胞增殖率高于其他各组并都有显著统计学差异 原因是细胞的附着需要周围环境提供相应的附着P<0.05),并且随着细胞培养时间的增长,增殖率 位置,粗糙度高的表面为细胞的生长提供更多的附差异更明显,说明C/C复合材料表面粗糙度低有 着点,另外种植体的表面形貌具有特殊的细胞效应利于细胞的增殖.这与文献中报道的在T6A4V和 性,能改变细胞的功能,粗糙的种植体表面有利于CaOP2O5SO2体系生物活性玻璃表面培养细胞得 成骨细胞的附着1213 到的结果相吻合44.原因是细胞在粗糙度低的材 图4为成骨细胞在C/C复合材料和对照试样料表面粘附期形态平展、细胞伪足数量较少,从而 表面的增殖率,由图可以看出,在细胞增殖的初促进了细胞后期的增殖;另外在细胞和生物材料的 期,各组试样增殖率没有明显差别,细胞培养3d交互作用中,细胞粘附越少则细胞长期生长情况 后,C/C复合材料表面细胞增殖率明显高于对照 R-0.7lum R028;m R=Ilum R =slum 图1不同表面粗糙的C/C复合材料表面轮廓曲线 Fig. 1 Surface profiles curves of C/C composites with different roughnesses (a)Sample 1*i(b)Samples 2*;(c)Sample 3 图2不同表面粗糙度的C/C复合材料表面扫描电镜照片 Fig. 2 SEM images of C/C composites surfaces with different roughnesses (a)Sample 1#;(b)Samples 2*;(c)Sample 3 882 Sample1# MIIm Sample# g ▲- Sample3# 旨150 ≌150 Time/h Time/d 图3成骨细胞在CC复合材料和对照试样表面的粘 图4成骨细胞在C/C复合材料和对照试样表面的增 附率 殖率 ig. 3 Adhesion rate of osteoblasts on the surfaces Fig. 4 Proliferation rate of osteoblasts on the surfaces of C/C composites and control sample of C/C composites and control sample 2 01994-2010 China Academie Joumal Electronic Publishing House. all rights reserved. hup: /ww cnki net
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 期 张磊磊 , 等 碳 碳复合材料表面粗糙度对成骨细胞生长行 为的影 响 于 细胞的附着 , 这与文献中报道 的在钦合金及 经基 磷灰石 表面研究成骨细 胞 的粘 附结果相 吻合 , “ 原 因是 细 胞 的 附着需要周 围环 境提 供相应 的 附着 位置 , 粗糙度高的表面为细胞 的生 长提供更 多的附 着点 , 另外种植体的表 面形貌具有特殊的细胞效应 性 , 能改变细胞的功能 , 粗糙的种植体表 面 有 利于 成骨 细 胞 的附着 , 图 为成骨 细 胞 在 复合材料和 对 照试样 表面 的增殖率 由 图可 以 看 出 , 在 细 胞 增 殖 的初 期 , 各组试样增 殖率 没 有 明显 差 别 , 细 胞培 养 后 , 复合材料表面 细胞增殖率 明显 高于 对 照 组 , 在 细胞培 养 后 , 粗糙度最低 的试样 表面 细 胞 增 殖 率高 于 其 他各组 并 都有 显 著统 计学 差 异 尸 · , 并且 随着 细 胞 培 养时 间 的增 长 , 增 殖率 差 异更 明显 , 说 明 复合材 料表 面粗糙度低有 利 于细 胞 的增殖 这 与文 献 中报道 的在 和 一 一 体系生物活性玻璃表 面培 养细 胞得 到 的结果相吻合 阵‘ 原 因是 细 胞 在粗糙度低的材 料表 面粘 附期形 态平展 、 细胞 伪足 数 量较 少 , 从 而 促进 了细胞 后期的增殖 另外在 细 胞和 生物材 料的 交互作用 中 , 细 胞 粘 附越 少则 细 胞 长期 生 长情况 扔补盯 豆七日已二 碑泊 洛二日已盛它 外妙 凡 , “卿 哟 名 飞 · 田 图 不 同表面粗糙 嘿 的 以川 名 朋 复 乎 合 畔 材料表 初 面轮廓 曲线 侧 图 不同表面粗糙度的 复合材料表面扫描 电镜照 片 … 一 一 出 涅 一 一 岸 一一 寿 一一一 、︼︸ ‘,︸, — 了 — 了 、︸日︵ 勺一, 弓︸ 召岁一巴花﹃︸。﹄ 一甘、﹃︸ 薯毛一丈裕‘。﹂ 图 附率 成骨细胞在 复合材料和对照 试样表面的粘 一 图 成骨细胞在 复合材料和对照 试样表面的增 殖率 咫
344 无机材料学报 23卷 越好n 成骨细胞在C/C复合材料表面的荧光显微 照片(图5)更加直观的反映了细胞在不同粗糙度 C/C复合材料表面的粘附和增殖状况.细胞附着 2h后,试样1#表面细胞粘附数量多于试样3#,同 时试样1表面单个细胞伸展面积小于试样3(图 5(a)、(c),原因是细胞的附着形貌不同,图6证明 细胞在粗糙度高的材料表面呈梭形,立体感强,反 之细胞呈片状,铺展状态好.细胞生长8d后,细 胞大量增殖,几乎布满材料表面并且试样3#表面 细胞增殖率高于试样1#(图5(b)、(d) 33细胞生长形貌 图6为MG63细胞在C/C复合材料表面附着 4h后的扫描电镜照片,由图可知,细胞在试样1# 表面呈梭状或长条形,已经形成较好的伸展且表 面布满微绒毛,细胞生长的位置在材料的孔隙和图5成骨细胞在C/C复合材料表面的荧光显微照片 呈片状,形态平展,细胞表面微绒毛较少(图6(b). surfaces of C/ C composite aphs of osteoblasts on the 打磨形成的沟槽中(图6(a).细胞在试样3#表面 Fig. 5 Fluorescent microgra 试样1和3#表面细胞形貌有较大差异,说明细 (a)Sample 1*, 2h;(b)Samples 1*,8d;(c) Sample 3** 胞几何形状与生长的环境息息相关,细胞的形态 (d)Sample 3* Cell 图6成骨细胞在C/C复合材料表面附着4h后的扫描电镜照片 Fig 6 SEM images of osteoblasts culture for 4h on the surface of C/C composites (a)Sample 1*:(b)Sample 3 图7成骨细胞在C/C复合材料表面生长3d后的扫描电镜照片 Fig. 7 SEM images of osteoblasts culture for 3d on the surface of C/c composites a)Sample 1*;(b)Sample 3 201994-2010ChinaAcademieJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://nw.cnkinter
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 无 机 材 料 学 报 卷 越好 成 骨 细 胞 在 复合材 料表 面 的 荧 光 显 微 照 片 图 更 加 直观 的反 映 了细 胞在不 同粗糙度 复合材料表 面 的粘 附和增 殖状况 细胞 附着 后 , 试样 表面细胞粘 附数量 多于试样 , 同 时试样 表面单个细胞伸展 面 积 小于试样 图 、 , 原因是细胞 的附着形 貌不同 , 图 证 明 细胞在粗糙度高的材料表面呈梭形 , 立体感强 , 反 之 细 胞 呈 片状 , 铺 展状态好 细胞生长 后 , 细 胞大量增殖 , 几乎布满材料表面并且 试样 表面 细胞增殖率高于试样 图 、 细胞生长形貌 图 为 一 细胞在 复合材料表面 附着 后 的扫描 电镜照 片 由图可知 , 细胞在试样 表 面呈 梭状 或 长 条形 , 已经 形成较好 的伸展 且表 面布满微绒毛 , 细胞 生 长 的位置 在材 料 的孔 隙和 打磨形成 的沟槽 中 图 细 胞在试样 表面 呈片状 , 形 态平展 , 细胞表 面微绒毛较少 图 试样 和 表 面 细胞 形 貌有较大差异 , 说 明细 胞几何形状与生长的环境 息息相关 , 细胞 的形 态 图 成骨细胞在 复合材料表面 的荧光显微照 片 即 , , 一 , , 图 成骨细胞在 复合材料表面生长 后 的扫描 电镜照 片 阮 一
2期 张磊磊,等:碳/碳复合材料表面粗糙度对成骨细胞生长行为的影响 345 会顺应材料的表面状态.表面粗糙度高则材料表面 高低起伏明显,细胞在垂直方向上伸展空间大,细参考文献 胞形状的立体感就越强,故细胞呈梭形或条形;而1]李贺军( (LI He-jun)新型碳材料( New Carbon Materials), 表面粗糙度低则材料表面光滑平整,细胞形态平 2001,16(2):7980 展,呈片状形貌 2]徐国忠,李贺军,白瑞成,等( XU GuO- Zhong,eta).无机 材料学报( Journal of Inorganic Materials),2006,21(6) 图7为成骨细胞在C/C复合材料表面生长3d 后的形貌.由图可知,细胞在生长3d后大量增殖, 3熊倌柏,李贺军,李克智,等( XIONG Xin-bo,ea.稀有 几乎布满材料表面,细胞形态更加伸展,同时细胞 金属材料与工程( Rare Metal Materials and Engineering 2003,32(11):923-926 生长具有明显的方向性,细胞沿着打磨形成的沟 Linez-Batailon P, Monchau F 槽的方向择优生长(图7(a),细胞生长的排列方向 cular Engineering, 2002, 19(2-6): 133-141 与C/C复合材料表面形貌(图2)相一致,说明细 5 Borsari Veronica, Giavaresi Gianluca. Fini Milena, et al 胞可以感知材料的表面状态并做出响应,细胞生 Biomaterials,2005,26(24):49484955 [6 Wirth C, Comte V, Lagneau C, et al erials Science 长方向受到材料表面粗糙度的诱导,并且粗糙度 nd Engineering, 2005, 25(1):51-60. 越高,诱导作用越明显(图7(a)、(b). Curits和7 Lincks J, Boyan B D, Blanchard C R,etal. Biomaterials Varde证明了细胞生长受周围环境形状的影响16 1998,19(23):22l92232 本实验进一步证明了细胞的生长可以响应材料的 [8 Deligianni Despina D, Katsala Nikoleta D, Koutsoukos Petros G, et al. Biomaterials, 2001, 22(1):87-96 表面状态,生长方向受表面粗糙度的诱导 9司徒振强.细胞培养,第1版.西安:世界图书出版公司 4结论 [10 Hatano K, Inoue H, Kojo T, et al. Bome, 1999, 25(4): 439-445 [11] Deligianni DD, Katsala N, Ladas S, et al. Biomaterials 1.C/C复合材料表面粗糙度越高则成骨细胞 2001,22(11):1241-1251 在其表面的粘附率越高,增殖率越低 [12 Lange R, L u then F, Beck U, et al. Biomolecular Engi- neering,2002,19(2-6):255261 2.成骨细胞在粗糙度高的C/C复合材料表面13 Goransson A, Jansson F, Tengvallb h, et aL. Biomateri- 呈梭形或长条状,立体感强;反之成骨细胞呈片 als,2003,24(2):197-205 [14]Laczka-Osyczka A, Lacaka M, Kasugai S. Journal of Bio- 状,形态平展 rials Research, 1998. 42: 433-442. 3.c/C复合材料表面粗糙度对成骨细胞的生Bene. Current Opinion in Cell Bu19y,.() 长方向具有诱导作用,粗糙度越高诱导作用越明16 Ponsonnet L, Comte v, Othmane A,etal. Materials S 显 ence and Engimeering C, 2002, 21: 157-165 2 01994-2070 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. hup: /www cnki net
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 期 张磊磊 , 等 碳 碳复合材料表面粗糙度对成骨细胞生长行为的影 响 会顺应材料的表面状态 表面粗糙度高则材料表面 高低起伏 明显 , 细胞在垂直方 向上伸展 空 间大 , 细 胞 形状 的立体感就越强 , 故细胞 呈梭形 或条形 而 表 面 粗糙 度低则 材料表面 光 滑 平整 , 细胞 形 态平 展 , 呈 片状形 貌 图 为成骨 细胞在 复合材料表 面 生 长 后 的形貌 由图可知 , 细胞在 生长 后 大量增殖 , 几乎布满材料表面 , 细胞形 态 更加伸展 , 同时细胞 生 长 具 有 明显 的 方 向性 , 细 胞 沿 着打 磨形 成 的 沟 槽的方 向择优 生长 图 , 细胞 生 长 的排列 方 向 与 复合材料表 面形 貌 图 相 一 致 , 说 明细 胞 可 以感 知 材料 的表 面状 态并做 出 响应 , 细 胞 生 长 方 向受 到 材 料表 面 粗糙 度 的诱 导 , 并 且 粗糙 度 越 高 , 诱导 作 用 越 明显 图 、 和 证 明了细 胞 生长受周 围环 境形 状 的影 响 本 实验 进 一 步 证 明了 细 胞 的 生 长 可 以 响应材料 的 表面状 态 , 生 长 方 向受表 面 粗糙度 的诱导 参考文献 结论 复合材 料表 面 粗糙度越高则 成骨 细 胞 在 其表面 的粘 附率越 高 , 增 殖率越低 成骨 细胞 在粗糙度高 的 复合材料表 面 呈 梭形 或 长条状 , 立 体感 强 反 之 成 骨 细 胞 呈 片 状 , 形 态 平展 复合材料表 面 粗糙度 对 成 骨 细胞 的生 长 方 向具 有 诱导 作用 , 粗糙 度越 高诱导 作 用 越 明 显 【』李贺军 新型碳材料 , , 一 』徐国忠 , 李贺军 , 白瑞成 , 等 , · 无机 材料学报 , , 一 【』熊信柏 , 李贺军 , 李克智 , 等 一 , 稀有 金属材料与工程 助 , , 一 · 【』 , , 入 , · 肠夕葱。 。、夕 , , 一 一 」 , , , · 乞 , , 一 」 , , , 。 · 如 乞 ” 几夕乞。 。夕 , , 一 【」 翻 , 叮 , , · ” , , 于 , 【 , , , , , 一 司徒振强 细 胞培养 , 第 版 西安 世 界图书出版公 司 , 一 。 , , , , 【 】 , , , · ” , , 一 , , , 。 · 爪 “ “ 夕卜 。 八。夕 , , 一 一 」 , , , 。 。 , , 一 肠 盯 , , · ,‘二 爪 八 肠 化 , , 一 一 , 伪爪 。 。乞 四 , , , 一 【 , , , 。 乞 已几 几 乞 几几夕 , 一
