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ZnO 纳米颗粒修饰 TiO2 纳米管促进干细胞功能和抗菌性能：实验及建模研究

 

Authors Liu W, Su P, Gonzales III A, Chen S, Wang N, Wang J, Li H, Zhang Z, Webster TJ

Published Date March 2015 Volume 2015:10 Pages 1997—2019

DOI http://dx.doi.org/10.2147/IJN.S74418

Received 16 September 2014, Accepted 11 November 2014, Published 12 March 2015

Approved for publication by Dr Lei Yang

摘要：为了改善 TiO2 纳米管 (TNT) 促进干细胞功能以及抗菌性能， 以热水浴法将纳米级 ZnO 修饰于纳米管内以及表面。通过调节水浴温度等条件将 ZnO 纳米颗粒直径控制在 20-50nm，并且调节 Zn(NO3)2 的浓度从而调节 ZnO 载入量。将大鼠骨髓间充质干细胞，两种口腔致病细菌分别培养在加载不同含量的 ZnO 纳米颗粒修饰 TiO2 纳米管上。分别对细胞和细菌进行相关干细胞生物相容性，成骨诱导性能以及抗菌性能的检测，并对实验结果进行统计建模。结果表明，ZnO 纳米颗粒修饰 TiO2 纳米管 (TNT-Zn) 在一定 ZnO 纳米颗粒含量 (初始Zn(NO3)2 浓度为 0.015M) 情况下，具有比 Ti, TNT 更好的生物相容性。细胞碱性磷酸酶活性增高到 13.8U/g，并且间充质干细胞中 Osterix，Collagen-I 和 Osteocalicin 基因在 TNT-Zn0.015 上表达均有所上调。对于两种口腔细菌的培养，含有 ZnO 纳米颗粒的 TiO2 纳米管比对照组 Ti 以及 TNT 有更好的抗菌性能。为了进一步研究 TNT-Zn 对细胞以及细菌的作用，应用响应面数学建模方法优化不同含量 ZnO 纳米颗粒修饰的 TNT 对应不同时间分别对细胞分化的促进和对细菌抑制。所有建模实验最终 R2 分别是 0.8873–0.9138 和 0.9596–0.9941，所建模型具有良好可信性以及期望。当初始 Zn(NO3)2 浓度为 0.015M 时所加载的 ZnO 含量最有利于促进干细胞向成骨分化并且具有相对强的抗菌性能。该模型可用于不同含量的 ZnO 载入 TNT 对细胞以及细菌作用效果的预测。本实验中加载了 ZnO 纳米颗粒的 TNT 可以作为表面修饰为口腔以及骨科种植体材料提供具有促进成骨以及抗菌性能。
关键词：二氧化钛纳米管；ZnO 纳米颗粒；间充质干细胞；抗菌性能；建模






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