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组织工程(TE)是一个关注化学、物理学、工程学、生命和临床科学等多学科领域的开发和应用,用于解决重要的健康问题的科学,如组织损失和器官衰竭等问题。骨组织工程中最关键的部分是可以为细胞间相互作用和成骨细胞外基质的形成提供支架,为新组织的形成提供一个良好的结构基础。这样的支架对骨再生的应用必须满足一定的标准,包括可以在骨修复位点提供类似自然骨组织中的机械性能,生物相容性和生物降解的速度要符合使用的要求等。石墨烯,一种碳纳米材料,是以六角形蜂巢晶格为单位而形成的单层碳原子,拥有独一无二的机械、光学、热学、电子学以及磁力性质。由于其独特的结构和物理化学性质在骨组织工程领域具有重要的应用潜力。而人的间充质干细胞(hMSC)在骨再生领域有良好的应用前景,但是对于增加MSC的增殖和诱导其分化一直是一个挑战。本论文的工作重点在于将二维和三维石墨烯基底材料进行仿生矿化并且研究其在间充质干细胞增殖和分化方面的影响。首先,实验中利用仿生矿化,形成一种基于石墨烯和纳米级的羟基磷灰石颗粒组成的典型的混合支架。并且探索不同浓度HCO3–(5,10,15和20mM)对材料拓扑结构的影响,实验发现随着HCO3–浓度的增加,材料表面发生改变,从光滑的片层形状,到纳米颗粒形状,再到网状结构。在10SBF溶液中HCO3–浓度在10 mM时,材料表面被修饰上纳米级羟基磷灰石,经过生物相容性检测发现,该条件修饰的材料对细胞活性影响最小。说明材料具有良好的生物相容性,可以用于细胞培养。实验中将上述优化的材料用于研究对间充质干细胞(hMSC)增殖和分化的影响。得到与二维石墨烯薄膜相比矿化的三维石墨烯支架(HA-3DG)可以显著性增加hMSC的生长,增殖的结果。最重要的是,HA-3DG支架可以支持细胞粘附和伸长,随后增强其向成骨细胞的分化的能力(从免疫印迹的结果可以看出,随着时间的增加,7天,10天和14天分化培养的细胞蛋白量增加)。综上所述,矿化的三维石墨烯支架在骨组织工程的发展和应用领域具有很大的潜力。