目的:大面积颌骨缺损目前仍是难以攻克Cobimetinib分子式的医学难题,如何修复这种缺损并促进骨组织再生是一个挑战。自体移植和异体移植是目前解决骨缺损最常用的手段,但它们受到供体来源有限、供体损伤和免疫排斥等问题的限制。利用骨组织工程学可以寻找新的移植替代方法,通过在骨缺损区域植入人工生物材料来构建一个有利于骨组织再生的活跃成骨微环境。因此,选择合适的生物材料作为骨移植的替代物在骨组织工程学中至关重要。考虑到骨再生的微观进程难以检测,将荧光碳点(Carbon Dots,CDs)应用于骨再生可以实现成骨效果的可视化监测。碳点合成简单、具有独特的荧光特性、生物相容性好,但单纯的碳点成骨效果不足。镁(Magnesium,Mg)是影响人体内骨形成的重要元素,本研究以合成成骨功能纳米材料为导向,通过一步水热法制备镁掺杂荧光碳点Mg-CDs。探究Mg-CDs作为骨修复生物材料的可行性,对Mg-CDs进行理化性能的表征分析,观察Mg-CDs对细胞的荧光成像,研究其体外细胞毒性和诱导成骨分化的能力。方法:本研究将天然黑枸杞与六水合氯化镁共混合,采用一步水热法合成荧光碳点Mg-CDs,研究材料的理化性能、细胞的荧光成像、细胞毒性以及成骨性能。通过紫外可见光光谱仪(Ultraviolet–visible spectroscopy,UV-vis),荧光光谱仪(Photoluminescence spectra,PL),傅立叶变换红外光谱仪(Fourier transform infrared,FT-IR),X射线光电子能谱仪(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS),X射线能谱仪(Energy dispersive spectroscopy,EDS),高分辨率透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM),X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)和Zeta电位仪对材料的形貌、表面官能团、元素的化学结构状态等进行宏观理化性能的分析。此外,将Mg-CDs与小鼠胚胎成骨细胞前体细胞(MC3T3-e1)共培养,通过激光共聚焦显微镜(LSCM)观察细胞,实现材料对细胞的荧光成像。通过MTT法检测Mg-CDs共培养细胞的存活和增殖情况,评价材料的体外细胞毒性。最后,诱导Mg-CDs培养条件下的MC3T3-e1成骨分化,进行碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase,ALP)活性测定、茜素红(Alizarin red S,ARS)染色以及成骨相关基因(ALP、Runx-2、Col-I和OC)的定量逆转录-聚合酶链反应实验,评价材料的成骨诱导效果。结果:1.EDS和XPS结果共同验证了Mg元素的成功掺杂,并且随着反应物六水氯化镁质量的增加,产物中Mg原子的含量随之增加,因此将黑枸杞和六水氯化镁质量比为1:4的样品命名为Mg-CDs。Mg-CDs溶液在紫外光激发下发出明获悉更多亮的绿色荧光,且表现出碳点的激发依赖。TEM结果显示,Mg-CDs形状为球形,平均直径为2.0±0.02 nm,有明显的晶格条纹。FT-IR结果证明了Mg~(2+)的掺杂并没有影响CDs表面官能团的种类以及吸收峰的位置,保持了CDs原有的功能基团。XRD证明了CDs和Mg-CDs均属于石墨化材料,而Mg~(2+)的掺杂提高了材料的结晶度,并提高了材料的稳定性。2.细胞体外实验表明,当Mg-CDs的培养剂量高达800μg m L~(-1)时,细胞存活率仍能保持在85%以上。当Mwoodchip bioreactorg-CDs的培养剂量为200μg m L~(-1)时,细胞存活率在92%。激光共聚焦显微镜观察下细胞轮廓清晰,荧光位于细胞质内。体外成骨诱导分化培养实验结果表明,MC3T3-e1在Mg-CDs培养条件下,成骨诱导3、7、14天后ALP活性成剂量依赖性升高。成骨诱导3、7天后,Mg-CDs组细胞内ALP活性均高于CDs组。同样,成骨诱导培养7、14天后,与纯CDs组相比,Mg-CDs组中MC3T3-e1中表达出更高水平的ALP、Runx2、Col-I和OC。茜素红染色结果与ALP活性结果的意义相似,在成骨诱导培养21天后,培养液中Mg-CDs含量越高,观察到的钙化结节越多。结论:综上,本研究利用天然黑枸杞和六水合氯化镁采用一步水热法成功制备出具有绿色荧光的镁离子掺杂碳点Mg-CDs,且Mg~(2+)的引入并没有改变CDs的特征官能团。Mg-CDs具有良好的细胞相容性,同时能够促进成骨分化,可作为一种荧光生物成像试剂用于骨再生的监测,在骨组织再生中显示出巨大的潜力。