关键词： 牙槽骨缺损   支架   壳聚糖   还原氧化石墨烯   血小板衍生生长因子BB   工程化口腔材料  

摘要： 背景:研究显示血小板衍生生长因子BB可刺激间充质干细胞的增殖与成骨分化,加快成骨样细胞的钙化进程,但其临床应用存在半衰期短、易分解等问题,将生长因子负载到适宜的生物材料支架上可使其缓慢持续释放,维持有效的作用浓度,成为目前研究的热点话题。目的:利用壳聚糖/还原氧化石墨烯支架负载血小板衍生生长因子BB,观察该支架修复大鼠牙槽骨缺损的作用。方法:①分别制备壳聚糖/还原氧化石墨烯支架(记为CS/rGO支架)与负载不同质量浓度(5,10,15,20 mg/L)血小板衍生生长因子BB的壳聚糖/还原氧化石墨烯支架(分别记为CS/rGO/PDGF-BB-5、CS/rGO/PDGF-BB-10、CS/rGO/PDGF-BB-15、CS/rGO/PDGF-BB-20支架)。将5组支架分别与大鼠牙周膜干细胞共培养,通过CCK-8实验与Transwell小室实验分别检测细胞增殖与迁移情况,筛选适宜的生长因子负载质量浓度进行后续实验。将CS/rGO支架(或浸提液)、CS/rGO/PDGF-BB-15支架(或浸提液)分别与大鼠牙周膜干细胞共培养,检测细胞成骨分化与成血管能力。②在16只SD大鼠双侧上颌第一磨牙前制备牙槽骨缺损模型,随机分4组干预:空白对照组不进行任何干预,单纯支架组植入CS/rGO/PDGF-BB-15支架,对照组植入CS/rGO支架与大鼠牙周膜干细胞复合物,实验组植入CS/rGO/PDGF-BB-15支架与大鼠牙周膜干细胞复合物,每组4只。术后12周,通过Micro CT扫描与苏木精-伊红染色观察牙槽骨缺损骨修复情况。结果与结论:①CS/rGO/PDGF-BB-5、CS/rGO/PDGF-BB-10、CS/rGO/PDGF-BB-15、CS/rGO/PDGF-BB-20支架均可促进大鼠牙周膜干细胞的增殖与迁移,其中CS/rGO/PDGF-BB-15支架促细胞增殖与迁移作用最显著,使用该支架进行后续实验。与CS/rGO支架比较,CS/rGO/PDGF-BB-15支架可促进大鼠牙周膜干细胞的成骨与成血管分化。②Micro CT扫描与苏木精-伊红染色结果显示,实验组牙槽骨缺损修复效果最好,可见大量新生骨组织与血管形成。③负载血小板衍生生长因子BB的壳聚糖/还原氧化石墨烯支架可通过促进大鼠牙周膜干细胞的增殖、迁移、成血管与成骨分化,进而有效促进大鼠牙槽骨缺损的修复。

关键词： 氧化石墨烯   羟基磷灰石   白细胞介素4   种植体复合涂层   MC3T3-E1细胞   生物相容性   工程化材料  

摘要： 背景:纯钛及钛合金种植体因良好的生物相容性及弹性模量被广泛应用于种植修复领域,但钛基种植体表面的生物惰性导致其与周围骨组织的整合性较差,需要进行表面修饰提高钛基种植体的骨整合能力。目的:在纯钛片表面制备羟基磷灰石/氧化石墨烯/白细胞介素4涂层材料,探究涂层材料的理化性能与生物相容性。方法:通过电化学沉积法及浸泡冻干法在钛片表面制备负载羟基磷灰石/氧化石墨烯/白细胞介素4涂层,同时制备负载白细胞介素4的钛片与负载羟基磷灰石/氧化石墨烯涂层的钛片,表征纯钛片及上述3种钛片的理化性能。将MC3T3-E1细胞分别接种于纯钛片及上述3种钛片的表面,通过CCK-8、DAPI染色检测细胞增殖,Calcein-AM/PI染色检测细胞活性,扫描电镜观察细胞形态与黏附。结果与结论:①扫描电镜、X射线能量色散谱、X射线光电子能谱、X射线衍射谱、拉曼光谱检测显示,在钛片表面成功制备了羟基磷灰石/氧化石墨烯/白细胞介素4涂层。羟基磷灰石/氧化石墨烯/白细胞介素4组水接触角大于纯钛组、羟基磷灰石/氧化石墨烯组,小于白细胞介素4组。②CCK-8、DAPI染色结果显示,羟基磷灰石/氧化石墨烯/白细胞介素4涂层可促进MC3T3-E1细胞增殖。Calcein-AM/PI染色结果显示,羟基磷灰石/氧化石墨烯/白细胞介素4涂层组MC3T3-E1细胞活性较高,较少见死细胞。扫描电镜下可见MC3T3-E1细胞黏附于4组材料表面,细胞形态良好,相较于纯钛组,白细胞介素4组MC3T3-E1细胞伸出伪足更多,细胞间联系更加紧密,黏附面积更大;相较于羟基磷灰石/氧化石墨烯组,羟基磷灰石/氧化石墨烯/白细胞介素4组MC3T3-E1细胞伸出伪足更多,细胞间联系更加紧密,黏附面积更大。③结果表明,羟基磷灰石/氧化石墨烯/白细胞介素4涂层具有良好的理化性能及生物学性能。

关键词： 纳米银   还原氧化石墨烯   Gap19   甲基丙烯酰化明胶   水凝胶   抗菌性   工程化口腔材料  

摘要： 背景:活髓保存疗法是治疗深龋等口腔常见疾病的主要疗法之一,盖髓材料的抗菌性能对疗效至关重要。目前常用的盖髓材料抗菌性较弱并会激起牙髓组织一定的炎症反应,从而导致治疗失败。目的:探讨纳米银-还原氧化石墨烯/聚多巴胺/甲基丙烯酰化明胶@Gap19水凝胶材料的抗菌作用。方法:制备纳米银-还原氧化石墨烯。使用含不同质量浓度纳米银-还原氧化石墨烯的完全培养基培养人牙髓干细胞,采用CCK-8实验检测细胞增殖。采用抑菌圈实验检测不同质量浓度纳米银-还原氧化石墨烯对金黄色葡萄球菌的抑制作用。通过CCK-8与抑菌圈实验结果筛选促细胞增殖与抑菌效果最明显的纳米银-还原氧化石墨烯质量浓度,负载于水凝胶中。使用含不同浓度Gap19(一种针对连接蛋白43半通道的特异性抑制剂)的完全培养基培养人牙髓干细胞,采用CCK-8实验检测细胞增殖,筛选促细胞增殖效果最明显的Gap19浓度,负载于水凝胶中。制备纳米银-还原氧化石墨烯/聚多巴胺/甲基丙烯酰化明胶@Gap19(AgNPs-rGO/PDA/GelMA@Gap19)水凝胶,表征该水凝胶材料的理化性质。将金黄色葡萄球菌(或大肠杆菌、变异链球菌、乳酸杆菌)悬液分别与三氧化矿物凝聚体、聚多巴胺/甲基丙烯酰化明胶水凝胶、纳米银-还原氧化石墨烯/聚多巴胺/甲基丙烯酰化明胶水凝胶与AgNPs-rGO/PDA/GelMA@Gap19水凝胶共培养,以单独培养的细菌悬液为空白对照组,检测各组水凝胶的抗菌率。结果与结论:①通过CCK-8与抑菌圈实验结果确定纳米银-还原氧化石墨烯的最佳质量浓度为12.5μg/mL,通过CCK-8实验确定Gap19的最佳浓度为20μmol/L;②扫描电镜下可见AgNPs-rGO/PDA/GelMA@Gap19水凝胶呈褶皱多孔状,纳米银在水凝胶表面及内部均有负载;能谱分析结果显示纳米银-还原氧化石墨烯与Gap19成功负载至水凝胶上;③4种水凝胶对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、变异链球菌、乳酸杆菌均具有明显的抑制作用,并且以纳米银-还原氧化石墨烯/聚多巴胺/甲基丙烯酰化明胶水凝胶与AgNPs-rGO/PDA/GelMA@Gap19水凝胶的抗菌作用最显著,说明AgNPs-rGO/PDA/GelMA@Gap19水凝胶作为一种新型盖髓材料具备明显的抗菌作用。

关键词： 氧化石墨烯   口腔种植   促进成骨   载药抗菌   低毒性   理化性能   综述   工程化口腔材料  

摘要： 背景:氧化石墨烯凭借优越的理化性质和良好的生物相容性能够促进成骨细胞的分化和抑制细菌增殖,有望提高种植体修复的成功率。目的:总结氧化石墨烯在口腔种植修复领域的研究进展。方法:应用计算机检索CNKI、万方、ScienceDirect、PubMed数据库中2000年1月至2024年6月发表的相关文献,检索词为“氧化石墨烯,口腔种植,生物相容性,抗菌机制,成骨细胞,机械性能,化学性能”“graphene oxide,dental Implantation,biocompatibility,antibacterial mechanism,osteoblasts,mechanical properties,chemical properties”。通过阅读文题和摘要进行初步筛选,排除与文章主题不相关的文献,根据纳入和排除标准,最终纳入65篇文献进行综述分析。结果与结论:氧化石墨烯通过自身抗菌及载药抗菌性能可以增加机体先天性免疫保护反应,抑制种植体周围炎的发生和发展。氧化石墨烯可以促进骨髓间充质干细胞的增殖分化,促进成骨细胞、血管内皮细胞的增殖,抑制破骨细胞的增殖,增加种植体与牙槽骨之间骨结合的速率,有利于种植体周围骨的形成和稳定。氧化石墨烯可以促进种植体与龈组织的结合,减少炎症的发生。氧化石墨烯具有低毒性,其生物安全性有待进一步研究。氧化石墨烯涂层赋予了钛种植体表面优良的理化性能,可显著降低种植体折断等并发症的发生,延长种植体使用时间。

关键词： Porous metal-matrix nanocomposite   Graphene nanoplatelets   Rotating microbeams   Modified couple stress theory   Dynamics   Thermal buckling  

摘要： A comprehensive dynamic model for thermal buckling, elastic vibration and transient response analysis of rotating nano-composite porous metal-matrix microbeams reinforced with graphene nanoplatelets (GNPs) under a uniform thermal gradient is proposed. Various pore distribution patterns are considered together with different GNPs dispersion rules according to the specific functions. The extended rule of mixture and Halpin-Tsai micromechanics model are employed to evaluate the effective material properties of the nanocomposites. Based on the modified couple stress theory and the improved third-order shear deformation theory, the dynamic equations of the rotating microbeam are established by the Lagrange's equation. The Chebyshev-based Galerkin method is adopted to discretize these equations, which are then solved by the complex modal analysis and Runge-Kutta-Merson method. Convergence study and comparisons with previous literature are conducted for validation of the present method. A parametric study performed analyzes the effects of angular velocity, thickness-to-length scale parameter ratio, porosity coefficient, weight fraction and geometry of GNPs together with distribution patterns of GNPs and pore on the critical buckling temperature rise, fundamental frequency and time-dependent response of the rotating nanocomposite microbeams. The results reveal significant effects of these parameters on the relevant mechanical behaviors, some of which are even contrary to expectations. Therefore, it is necessary to further study this kind of rotating nanocomposite structures for the optimal design.

关键词： 石墨烯   纳米二氧化硅   导电聚合物复合材料   电阻-应变响应信号   肩峰效应  

摘要： 导电聚合物复合材料因其应变响应所引发的电阻变化特性，已广泛应用于柔性电子器件与智能传感领域。然而，在实际监测过程中，其输出电阻信号通常出现肩峰效应，该效应会导致信号不稳定，严重影响传感精度与可重复性。本研究通过调控纳米二氧化硅(NSD)粒径，实现对导电硅橡胶复合材料(PSR)中导电网络结构的增强调控。结果表明，当NSD粒径为100 nm(PSR-100)时在基体中形成有效的空间位阻结构，限制了石墨烯(GR)在硅橡胶(SR)分子链表面的滑移与重排，增强了GR与SR之间的界面耦合稳定性使得电阻响应滞后面积降低了69.78%，肩峰效应被成功消除。结合实验与分子动力学(MD)模拟分析了肩峰效应的产生与消除机制。此外，PSR-100 还表现出优异的力-电响应性能，其拉伸强度与断裂伸长率分别提高了26.87%和12.23%，变形灵敏度(GF) = 58354.21和200 ms 的快速响应时间。本研究通为柔性电子器件的高性能化及其在智能监测、可穿戴系统等领域的应用拓展提供了重要理论支持与技术路径。

关键词： 异质结构   分子动力学   界面热导   氢化   调控机理  

摘要： 为研究高功率氮化镓器件散热性能，构建氮化镓/石墨烯/金刚石异质结构，采用分子动力学方法调控异质界面热输运特性，并从声子输运角度揭示异质界面传热机理与调控机制。研究发现Ga-C接触方式的界面热导是N-C结构的3倍，且氮化镓/石墨烯/金刚石异质结构不具有热整流特性。N和B掺杂下界面热导先增大后减小，但Si掺杂下界面热导单调增大。两种Si掺杂势函数对应的界面热导差异不大，但双势函数下的石墨烯结构更稳定。线性掺杂和圆形掺杂两种掺杂形貌对界面热导影响不大，但线性掺杂下石墨烯声子谱变化更具规律性。氢化会严重阻碍界面传热，但三种氢化结构下的界面热导均随氢化率增加而增大。研究结果可为氮化镓器件热管理提供理论支持，同时对突破大功率电子器件散热瓶颈具有指导价值。

关键词： 石墨烯   杯磺酸盐   复合材料   多巴胺   电化学检测  

摘要： 将水溶性杯[6]磺酸盐（SC6）自主装到石墨烯（GN）表面，通过红外光谱仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜等各种表征手段表明，制备得到了水分散性GN-SC6复合材料。将复合材料修饰到电极表面，对多巴胺（DA）进行电化学检测，结果表明，GN-SC6的两种成分能够发挥各自的优良性能，协同地促进DA的电化学反应，表现出优良的电分析性能。此外，GN-SC6对DA的电化学检测具有较宽的线性范围(1.0×10-7～2.0×10-5mol/L)，也具有较低的检测限(8×10-8mol/L)。

关键词： 断路器   弧触头   铜钨合金   电弧烧蚀   微观形貌  

摘要： 铜钨合金(CuW)是高压断路器应用最广泛的电触头材料，触头烧蚀性能直接影响高压断路器的使用寿命和电网安全。本文以不同W含量(70、75、80、85wt%)的GrCuW触头为研究对象，安装于40.5 kV断路器进行20次23 kA实验电流的电弧烧蚀实验。研究实验后触头质量、长度、接触电阻、表面宏观及截面微观烧蚀形貌变化，对比分析不同W含量的GrCuW触头耐烧蚀性能。结果表明，GrCuW中W含量为70～80 wt%时，W含量增加，弧触头烧蚀表面趋于平整，接触电阻下降，耐烧蚀性能提高。GrCuW80中80wt%的W和20wt%的GrCu平衡了触头的硬度、韧性以及导电性能，使触头耐烧蚀性能最好。当W含量大于80wt%时，触头表面重熔W层增厚，烧蚀表面呈片状剥落，接触电阻增大，触头耐烧蚀性能下降。GrCuW触头材料Cu与W的比例优化对CuW触头产品研发具有重要意义。

关键词： 石墨烯   铝基复合材料   制备方法   微观组织   性能机理  

摘要： 石墨烯增强铝基复合材料凭借其高强度、高导电性、耐蚀及轻量化特性，在电力传输、航空航天等领域展现出巨大应用潜力。但目前以石墨烯作为增强相加入到铝基体中的应用研究涉及机械性能-导电性能倒置、规模化生产成本高昂等问题，报道仍很有限。本文结合最新研究成果，梳理了多种学术界与工业界采用的石墨烯增强铝基复合材料制备技术及其优缺点，比较了各种技术制备的复合材料综合性能，提出利用现有熔炼设备通过超声分散和电磁搅拌工艺高效分散石墨烯，可成为控制成本和规模化生产的有效工艺；从微观层面讨论了石墨烯添加到铝基体后，石墨烯自身与复材整体的组织结构变化；分析比较了石墨烯对铝基复材的机械与电性能的改善机理；最后展望了产业化制备方法及未来研究方向。