纯钛植入体表面微纳结构化及其生物相容性研究

发布时间：2020-06-20 16:18

【摘要】：钛和钛合金因价格低廉、力学性能和生物学特性优良而常被用于制造硬组织植入体(如牙齿、骨钉、人工关节等)。但是,钛本身具有生物惰性,只进行机械加工的钛植入体不能够与骨组织之间形成牢固的结合,容易导致植入体的松动,甚至手术的失败。为了增强钛和钛合金植入体的骨诱导和骨整合能力,提高植入体在人体的服役时间和手术的成功率,需要对其进行改性处理。植入体的表面形貌是植入体设计与制造过程中的一个重要参数,并且对细胞的行为具有重要的影响。研究发现,天然骨是一种复杂的多尺度结构组织,包括宏观结构组织、微米级结构组织和纳米级结构组织。从生物学角度讲,拥有微纳结构的植入体将有利于提高其骨整合能力。因此,本文提出了三种新的工艺方法用于在纯钛植入体表面制备微纳复合结构,以期提高其骨整合能力。首先,采用微细铣削加工和阳极氧化的方法在纯钛的表面制备出含有微沟槽阵列和二氧化钛纳米管的微纳米复合结构。通过对样品的表面形貌观察,粗糙度和接触角测试发现,样品表面的微纳结构使其粗糙度和亲水性都得到了显著的提高。此外,还通过细胞形貌观察、细胞生长检测和细胞分化实验对样品的生物相容性进行了研究。实验结果表明,微纳结构增强了细胞的伸展、生长和分化。其次,利用喷砂酸蚀和化学氧化的处理方法在纯钛的表面制备微纳米复合结构。通过对样品的表面形貌观察和耐腐蚀性测试发现,具有微米级和纳米级的凹坑结构成功的构建在纯钛的表面,并且该样品具有良好的耐腐蚀性。通过细胞实验研究了微米级凹坑结构、纳米级凹坑结构及微纳双级凹坑结构对植入体生物相容性的影响。结果表明,相对于微米级凹坑或纳米级凹坑结构,微纳双级凹坑结构更好地增强了细胞的粘附、伸展、生长和分化。最后,通过喷砂酸蚀、碱热处理和离子置换的处理工艺,在纯钛表面上制备了含有锌离子/锶离子的微纳复合结构。通过表面形貌观察和接触角测量实验发现,离子置换的方法不会改变样品表面的形貌,含有锌离子或锶离子的微纳米结构表面均表现出良好的亲水性。细胞实验表明,相对于抛光的表面,微纳结构表面增强了细胞的伸展、生长和分化。尤其重要的是,由于锌/锶离子的释放,含有锌/锶离子的微纳米结构样品对细胞行为的增强作用更加明显。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.23;R318.08
【图文】：

表面,等离子喷涂法,植入体

该方法是在真空环境下通过将离子束射到植入体的表面以达到改善其性质逡逑或赋予其新功能的目的。例如，Ｊｍ等人［４７］利用该方法在钛材植入体的表面引入逡逑了两种新的物质（锌和银）（图１－７），通过体内和体外实验发现，处理后的样逡逑品不仅增强了细胞的功能，还能够有效的杀死细菌，从而表现出两种离子在提高逡逑钛植入体的成骨活性和赋予其良好抗菌性方面的协同作用。逡逑图１－７纯钛表面Ａｇ或Ｚｎ注入前后的ＳＥＭ图［４７］：逦（ａ）未处理的表面，（ｂ）邋Ｚｎ注入的表逡逑面，（ｃ）邋Ａｇ注入的表面，（ｄ）邋Ｚｎ与Ａｇ共同注入的表面逡逑（２）等离子喷涂法逡逑将（半）熔融下的材料通过设备高速的喷向样品表面的方法称为等离子喷涂。逡逑图１－Ｓ为运用该方法获得的含有Ｔｉ０２和Ｚｎ０／Ｔｉ０２的涂层表面［４８］？研究表明，所逡逑６逡逑

形貌,钛材,化学方法,酸蚀

锶或镁离子会将钛酸钠中的钠离子置换出来，而不改变表面的形貌，并且锶离子逡逑或镁离子可以持续从样品表面释放到环境中，从而更好的调节细胞的功能［５（）］。逡逑图１－９所示为酸蚀，酸蚀＋碱热处理，以及酸蚀＋碱热处理＋离子置换后样品在高逡逑倍镜下的ＳＥＭ图。逡逑７逡逑

【参考文献】