| 标题 | 衰减全反射红外成像研究聚乳酸/生物活性玻璃复合材料的体外矿化过程 |
| 范文 | 王倩 姜小婷 辛韵子 崔俊先 张普敦 摘 要 采用衰减全反射红外成像技术（ATRFTIR mapping）对多孔聚乳酸/生物活性玻璃（PLLA/BG）复合材料在PBS缓冲液中的矿化过程进行了研究。光谱分辨率为8 cm Symbolm@@ 1，累加扫描8次，基于A1044/A1755的吸光度比值生成红外图像。成像结果表明，随着矿化进行，材料表面产生的羟基磷灰石（HA）也逐渐增多，当矿化进行到84 d后，材料表面大部分已被HA覆盖。但随着矿化时间的继续延长，矿化不均匀性也逐渐加剧。矿化曲线显示矿化过程存在4个阶段：矿化初期（前21 d），产生的HA很少；矿化增长期（21～70 d），BG逐渐转变为HA；快速增长期（70～91 d），矿化加速，并在91 d时达到最大；矿化后期（91 d后），曲线先显示平稳然后又从105 d起出现下降。研究表明， 红外成像技术有望成为骨组织工程支架材料的重要研究工具。 关键词 红外成像； 衰减全反射； 聚乳酸； 生物活性玻璃； 体外矿化 1 引 言 化学成像（Chemical imaging）与其它成像方法（如电镜、荧光显微镜等）不同，主要用于观察样品微区域内各化学成分的分布情况。化学成像技术包括红外成像（FTIR imaging）和拉曼成像（Raman imaging），其中红外成像是近十几年才发展起来的新技术，是红外光谱技术从“点分析”向“面分析”，甚至“体分析”的重要延伸。红外成像技术的分析模式有Mapping、Imaging [1 ]以及衰减全反射（ATR） [2 ]。对表面不太光滑的样品，适合采用ATRFTIR mapping方式采集。该技术自问世以来已在聚合物 [3～6 ]、生命科学 [7，8 ]、医药 [9 ]、考古和文物鉴定 [10 ]以及法医学 [11 ]等领域获得应用。 生物活性玻璃（Bioactive glass，BG）是一种骨组织工程修复材料 [12 ]，是目前唯一能促进生长因子生成、细胞繁衍、活化细胞基因表达的人工合成无机材料 [13 ]。由于其加工性差，BG通常与一些无毒的天然或合成聚合物复合制成高孔隙率的多孔支架。多孔结构有利于骨组织培养中的细胞生长、增殖以及细胞外基质的沉积、营养物和氧气的进入，代谢产物的排出，血管和神经的长入等 [14 ]。当聚合物/BG复合物支架植入体内时，BG会逐渐转化为羟基磷灰石（HA），并与骨形成紧密连接，同时聚合物逐渐降解。由于活体操作复杂，在仿生条件下进行体外矿化研究是最常用的研究手段 [15 ]，体外研究结果可对材料在体内的活性进行较好的预测。 目前，对矿化过程的主要研究方法有扫描电镜、X射线能谱、X射线衍射以及红外光谱法等 [16 ]，这些方法仅能研究形貌、元素组成、总成分或总结晶状态的变化，无法表征微区域内化学成分的改变。本研究采用ATRFTIR mapping对矿化不同天数的聚乳酸/生物活性玻璃（PLLA/BG）支架材料表面进行红外成像，研究了复合材料在体外矿化过程中的化学组分变化情况，并结合扫描电镜对矿化过程的材料形貌变化进行了观察。 2 实验部分 2.1 仪器、材料与试剂 Nexus 8700/Continuμm XL红外成像系统（美国Thermo Fisher公司），S4700冷场发射扫描电镜（SEM，日本Hitachi公司），DK420S三用恒温水箱（上海精宏实验设备有限公司）。生物活性玻璃（美国NovaMin生物公司）；左旋聚乳酸（PLLA， η=1.22， Mw≈121000，济南岱罡生物材料有限公司）；二氧六环、乙醇、AgNO3等试剂均为分析纯。 2.2 PLLA/BG多孔复合材料的制备及体外矿化 采用溶剂浇铸盐沥析法制备支架复合材料 [17 ]。简述如下：在室温下将3 g PLLA溶于30 mL二氧六环，并将3 g BG超声分散于相同体积的二氧六环中；将两种溶液混合，搅拌均匀；将已筛好的致孔剂NaCl细粉（80～100目）加入混合液中，继续搅拌30 min；将混合液浇铸在培养皿中至一定厚度，在自然条件下干燥24 h；将干燥样片浸泡在去离子水中除去NaCl，每12 h换一次水，直至浸泡液中无残留ClSymbolm@@ （用0.1 mol/L AgNO3溶液检验）；真空干燥48 h，即得到PLLA/BG多孔复合材料。 将制得的复合材料放入盛有250 mL PBS缓冲溶液（pH=7.4）的烧杯中，烧杯置于37 ℃的恒温水浴箱进行矿化。每7天取出一部分样品，浸泡在去离子水中除去残留PBS，然后用滤纸除去表面水分，并于45 ℃下真空干燥24 h后备用。PBS缓冲液也同时每隔7天更换一次。 摘 要 采用衰减全反射红外成像技术（ATRFTIR mapping）对多孔聚乳酸/生物活性玻璃（PLLA/BG）复合材料在PBS缓冲液中的矿化过程进行了研究。光谱分辨率为8 cm Symbolm@@ 1，累加扫描8次，基于A1044/A1755的吸光度比值生成红外图像。成像结果表明，随着矿化进行，材料表面产生的羟基磷灰石（HA）也逐渐增多，当矿化进行到84 d后，材料表面大部分已被HA覆盖。但随着矿化时间的继续延长，矿化不均匀性也逐渐加剧。矿化曲线显示矿化过程存在4个阶段：矿化初期（前21 d），产生的HA很少；矿化增长期（21～70 d），BG逐渐转变为HA；快速增长期（70～91 d），矿化加速，并在91 d时达到最大；矿化后期（91 d后），曲线先显示平稳然后又从105 d起出现下降。研究表明， 红外成像技术有望成为骨组织工程支架材料的重要研究工具。 关键词 红外成像； 衰减全反射； 聚乳酸； 生物活性玻璃； 体外矿化 1 引 言 化学成像（Chemical imaging）与其它成像方法（如电镜、荧光显微镜等）不同，主要用于观察样品微区域内各化学成分的分布情况。化学成像技术包括红外成像（FTIR imaging）和拉曼成像（Raman imaging），其中红外成像是近十几年才发展起来的新技术，是红外光谱技术从“点分析”向“面分析”，甚至“体分析”的重要延伸。红外成像技术的分析模式有Mapping、Imaging [1 ]以及衰减全反射（ATR） [2 ]。对表面不太光滑的样品，适合采用ATRFTIR mapping方式采集。该技术自问世以来已在聚合物 [3～6 ]、生命科学 [7，8 ]、医药 [9 ]、考古和文物鉴定 [10 ]以及法医学 [11 ]等领域获得应用。 生物活性玻璃（Bioactive glass，BG）是一种骨组织工程修复材料 [12 ]，是目前唯一能促进生长因子生成、细胞繁衍、活化细胞基因表达的人工合成无机材料 [13 ]。由于其加工性差，BG通常与一些无毒的天然或合成聚合物复合制成高孔隙率的多孔支架。多孔结构有利于骨组织培养中的细胞生长、增殖以及细胞外基质的沉积、营养物和氧气的进入，代谢产物的排出，血管和神经的长入等 [14 ]。当聚合物/BG复合物支架植入体内时，BG会逐渐转化为羟基磷灰石（HA），并与骨形成紧密连接，同时聚合物逐渐降解。由于活体操作复杂，在仿生条件下进行体外矿化研究是最常用的研究手段 [15 ]，体外研究结果可对材料在体内的活性进行较好的预测。 目前，对矿化过程的主要研究方法有扫描电镜、X射线能谱、X射线衍射以及红外光谱法等 [16 ]，这些方法仅能研究形貌、元素组成、总成分或总结晶状态的变化，无法表征微区域内化学成分的改变。本研究采用ATRFTIR mapping对矿化不同天数的聚乳酸/生物活性玻璃（PLLA/BG）支架材料表面进行红外成像，研究了复合材料在体外矿化过程中的化学组分变化情况，并结合扫描电镜对矿化过程的材料形貌变化进行了观察。 2 实验部分 2.1 仪器、材料与试剂 Nexus 8700/Continuμm XL红外成像系统（美国Thermo Fisher公司），S4700冷场发射扫描电镜（SEM，日本Hitachi公司），DK420S三用恒温水箱（上海精宏实验设备有限公司）。生物活性玻璃（美国NovaMin生物公司）；左旋聚乳酸（PLLA， η=1.22， Mw≈121000，济南岱罡生物材料有限公司）；二氧六环、乙醇、AgNO3等试剂均为分析纯。 2.2 PLLA/BG多孔复合材料的制备及体外矿化 采用溶剂浇铸盐沥析法制备支架复合材料 [17 ]。简述如下：在室温下将3 g PLLA溶于30 mL二氧六环，并将3 g BG超声分散于相同体积的二氧六环中；将两种溶液混合，搅拌均匀；将已筛好的致孔剂NaCl细粉（80～100目）加入混合液中，继续搅拌30 min；将混合液浇铸在培养皿中至一定厚度，在自然条件下干燥24 h；将干燥样片浸泡在去离子水中除去NaCl，每12 h换一次水，直至浸泡液中无残留ClSymbolm@@ （用0.1 mol/L AgNO3溶液检验）；真空干燥48 h，即得到PLLA/BG多孔复合材料。 将制得的复合材料放入盛有250 mL PBS缓冲溶液（pH=7.4）的烧杯中，烧杯置于37 ℃的恒温水浴箱进行矿化。每7天取出一部分样品，浸泡在去离子水中除去残留PBS，然后用滤纸除去表面水分，并于45 ℃下真空干燥24 h后备用。PBS缓冲液也同时每隔7天更换一次。 摘 要 采用衰减全反射红外成像技术（ATRFTIR mapping）对多孔聚乳酸/生物活性玻璃（PLLA/BG）复合材料在PBS缓冲液中的矿化过程进行了研究。光谱分辨率为8 cm Symbolm@@ 1，累加扫描8次，基于A1044/A1755的吸光度比值生成红外图像。成像结果表明，随着矿化进行，材料表面产生的羟基磷灰石（HA）也逐渐增多，当矿化进行到84 d后，材料表面大部分已被HA覆盖。但随着矿化时间的继续延长，矿化不均匀性也逐渐加剧。矿化曲线显示矿化过程存在4个阶段：矿化初期（前21 d），产生的HA很少；矿化增长期（21～70 d），BG逐渐转变为HA；快速增长期（70～91 d），矿化加速，并在91 d时达到最大；矿化后期（91 d后），曲线先显示平稳然后又从105 d起出现下降。研究表明， 红外成像技术有望成为骨组织工程支架材料的重要研究工具。 关键词 红外成像； 衰减全反射； 聚乳酸； 生物活性玻璃； 体外矿化 1 引 言 化学成像（Chemical imaging）与其它成像方法（如电镜、荧光显微镜等）不同，主要用于观察样品微区域内各化学成分的分布情况。化学成像技术包括红外成像（FTIR imaging）和拉曼成像（Raman imaging），其中红外成像是近十几年才发展起来的新技术，是红外光谱技术从“点分析”向“面分析”，甚至“体分析”的重要延伸。红外成像技术的分析模式有Mapping、Imaging [1 ]以及衰减全反射（ATR） [2 ]。对表面不太光滑的样品，适合采用ATRFTIR mapping方式采集。该技术自问世以来已在聚合物 [3～6 ]、生命科学 [7，8 ]、医药 [9 ]、考古和文物鉴定 [10 ]以及法医学 [11 ]等领域获得应用。 生物活性玻璃（Bioactive glass，BG）是一种骨组织工程修复材料 [12 ]，是目前唯一能促进生长因子生成、细胞繁衍、活化细胞基因表达的人工合成无机材料 [13 ]。由于其加工性差，BG通常与一些无毒的天然或合成聚合物复合制成高孔隙率的多孔支架。多孔结构有利于骨组织培养中的细胞生长、增殖以及细胞外基质的沉积、营养物和氧气的进入，代谢产物的排出，血管和神经的长入等 [14 ]。当聚合物/BG复合物支架植入体内时，BG会逐渐转化为羟基磷灰石（HA），并与骨形成紧密连接，同时聚合物逐渐降解。由于活体操作复杂，在仿生条件下进行体外矿化研究是最常用的研究手段 [15 ]，体外研究结果可对材料在体内的活性进行较好的预测。 目前，对矿化过程的主要研究方法有扫描电镜、X射线能谱、X射线衍射以及红外光谱法等 [16 ]，这些方法仅能研究形貌、元素组成、总成分或总结晶状态的变化，无法表征微区域内化学成分的改变。本研究采用ATRFTIR mapping对矿化不同天数的聚乳酸/生物活性玻璃（PLLA/BG）支架材料表面进行红外成像，研究了复合材料在体外矿化过程中的化学组分变化情况，并结合扫描电镜对矿化过程的材料形貌变化进行了观察。 2 实验部分 2.1 仪器、材料与试剂 Nexus 8700/Continuμm XL红外成像系统（美国Thermo Fisher公司），S4700冷场发射扫描电镜（SEM，日本Hitachi公司），DK420S三用恒温水箱（上海精宏实验设备有限公司）。生物活性玻璃（美国NovaMin生物公司）；左旋聚乳酸（PLLA， η=1.22， Mw≈121000，济南岱罡生物材料有限公司）；二氧六环、乙醇、AgNO3等试剂均为分析纯。 2.2 PLLA/BG多孔复合材料的制备及体外矿化 采用溶剂浇铸盐沥析法制备支架复合材料 [17 ]。简述如下：在室温下将3 g PLLA溶于30 mL二氧六环，并将3 g BG超声分散于相同体积的二氧六环中；将两种溶液混合，搅拌均匀；将已筛好的致孔剂NaCl细粉（80～100目）加入混合液中，继续搅拌30 min；将混合液浇铸在培养皿中至一定厚度，在自然条件下干燥24 h；将干燥样片浸泡在去离子水中除去NaCl，每12 h换一次水，直至浸泡液中无残留ClSymbolm@@ （用0.1 mol/L AgNO3溶液检验）；真空干燥48 h，即得到PLLA/BG多孔复合材料。 将制得的复合材料放入盛有250 mL PBS缓冲溶液（pH=7.4）的烧杯中，烧杯置于37 ℃的恒温水浴箱进行矿化。每7天取出一部分样品，浸泡在去离子水中除去残留PBS，然后用滤纸除去表面水分，并于45 ℃下真空干燥24 h后备用。PBS缓冲液也同时每隔7天更换一次。 |
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