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3D打印钛合金表面氢化TiO2纳米管对人牙龈成纤维细胞生物学行为影响的实验研究
郭雅彤, 张正, 陈溯, 张研
2025, 41(7):
607-614.
DOI: 10.13701/j.cnki.kqyxyj.2025.07.011
摘要
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目的: 研究在3D打印钛合金(Ti6Al4V)表面制备氢化TiO2纳米管,材料的表面性能及其对人牙龈成纤维细胞(human gingival fibroblasts,HGFs)生物学行为的影响。方法: 应用选择性激光熔融技术(selective laser melting technology,SLM)制备3D打印钛合金(3D-Ti),并进行电化学阳极氧化在其表面制备TiO2纳米管得到3D-TNTs,对3D-TNTs进一步高温氢化处理,从而获取3D-H2-TNTs。选取光滑的钛合金(MP-Ti)作为对照组,应用场发射扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)、接触角测量仪、表面粗糙度测量仪及原子力显微镜对MP-Ti、3D-Ti、3D-TNTs、3D-H2-TNTs的表面形貌、亲水性、粗糙度进行测量及分析。在4组材料表面培养HGFs,应用SEM观察细胞黏附情况;应用荧光染色、细胞计数试剂盒检测细胞的早期黏附及增殖情况;应用荧光定量聚合酶链反应(fluorescent quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)和酶联免疫吸附反应(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)分别检测细胞黏附相关基因及纤维连接蛋白(fibronectin,FN)的表达情况。结果: 3D-Ti的微米钛球表面经过阳极氧化处理,得到了呈放射状、排列规则有序的纳米管结构,经过进一步氢化处理后,材料表面获得了接触角小于5°的超亲水特性。SEM可观察到在培养早期4 h内,HGFs在3D-H2-TNTs表面的形态最为铺展,有更多更长的伪足,且细胞的黏附数量显著高于其他3组(P<0.05);当培养时间延长至1、3、5 d,HGFs在3D-Ti、MP-Ti、3D-H2-TNTs和3D-TNTs上的增殖呈依次递减趋势,各组间比较均有统计学差异(P<0.05),3D-H2-TNTs在细胞培养初期促进细胞生长的优势作用在后期逐渐消失;在3D-H2-TNTs表面培养4 h和1 d时,HGFs的黏附相关基因整联蛋白-β1(integrin-beta 1,ITG-β1)、黏着斑激酶(focal adhesion kinase,FAK)、黏着斑蛋白(vinculin,VCL)的表达量及FN分泌量较对照组均明显增多(P<0.05)。结论: 应用电化学阳极氧化与高温氢化处理相结合的方法,可以在3D打印钛合金表面构建 超亲水性的微纳复合生物层,可促进HGFs的早期黏附和增殖,增强细胞黏附相关基因及纤维连接蛋白的表达。
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