医用钛表面镁铁层状双氢氧化物薄膜构建及性能研究

发布时间：2020-08-17 17:49

【摘要】：钛及其合金具有耐腐蚀性能强、生物相容性良好和无磁性等特点,被广泛用作硬组织修复与替代材料。但此类材料是惰性材料,与人体骨组织结合不牢,且不具备抗菌性能。论文拟在医用纯钛表面构建具有良好生物相容性的碱性层状双氢氧化物(LDHs)薄膜对其进行改性。考虑到元素镁和铁为人体必需的生命元素,论文以纯钛为基体,使用水热法在其表面构建镁铁层状双氢氧化物(Mg-Fe LDHs)薄膜,阐述薄膜形成机制,探究其对大鼠骨髓间充质干细胞(r BMMSCs)和细菌的作用情况;采用浸泡法装载抗生素(盐酸米诺环素),探查薄膜的药物释放规律和对细菌和小鼠成骨细胞(MC3T3)的作用;利用结构重建法装载抗癌药物(5-氟尿嘧啶),探究药物释放对骨肉瘤细胞(MG63)的影响。论文的主要研究内容与结果有:1.以酸洗钛为基体,采用水热法构建了Mg(OH)2薄膜和具有不同镁铁比的Mg-Fe LDHs薄膜。实验结果表明,构建的氢氧化镁薄膜有利于r BMMSCs成骨分化,并抑制大肠杆菌(E.coli)生长,但薄膜的较强碱性抑制r BMMSCs的黏附与增殖。Mg-Fe LDHs薄膜的构建可调控细胞-材料微环境的p H值,显著提高钛样品表面细胞相容性与成骨活性,但不能改善钛表面抗菌性能。2.以构建的Mg-Fe LDHs薄膜为载体,采用浸泡法负载盐酸米诺环素。实验结果表明,载药的Mg-Fe LDHs薄膜能实现盐酸米诺环素的长效稳定释放,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌(S.aureus)均表现出明显的抑制作用(抑菌率可达到近100%),且可促进成骨细胞的黏附、增殖与成骨分化。3.采用结构重建法将5-氟尿嘧啶负载于构建的Mg-Fe LDHs薄膜。实验结果表明,载药Mg-Fe LDHs薄膜较薄,药物装载量少且控释能力差,不能改善钛样品抗肿瘤性能。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4;R318.08
【图文】：

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图 1.1 人工关节（左）和牙种植体（右）示意图Fig. 1.1 Schematic diagram of joint prosthesis (left) and dental implant (right).除了用作硬组织植入体外，钛及其合金材料也常被用于骨损伤修复手术中如用于制作骨板（如图 1.2 所示）、骨螺钉等。图 1.2 金属骨板图片

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国科学院上海硅酸盐研究所硕士学位论文图 1.2 金属骨板图片Fig. 1.2 Photos of bone plates.1.2.3.2 心血管材料由于具有优良的生物相容性，钛及其合金也常被用于心血管植入体，比如作心脏起搏器的保护装置等。其中 Ni-Ti 合金具有独特的形状记忆功能也使得成为血管支架最常用的材料之一。如图 1.3 所示为 Ni-Ti 合金材质的血管支架扩张的支架可使变狭窄的血管张开，从而用于血管疾病的治疗。

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图 1.3 扩张的 Ni-Ti 合金血管支架示意图. 1.3 Schematic diagram of dilated nickel-titanium alloy s其合金的不足是临床是应用广泛的生物医用金属材料之一。然所示问题：金为生物惰性材料，不能诱导新骨形成并与骨附能力较弱，破骨活性较高。因此，当钛及其合，导致手术失败。金不具有抗菌性能，植入体内后易发生细菌感败主要原因之一[9, 10]。金材料也不具备抗肿瘤等性能，难以满足现代材料的设计与开发外，通过对已有医用材料进行

【参考文献】