3D打印多孔结构钛基植入体表面改性研究
发布时间：2021-02-25 12:08
随着3D打印技术的发展,3D打印钛基植入体在生物医用植入体领域得到了广泛的关注与应用。但是,未经改性的3D打印钛基植入体表面生物活性低,植入体骨整合周期较长,影响治愈周期及临床应用成功率。因此需要对其进行表面改性处理,使3D打印钛基植入体能够更好应用于生物体内。本文采用3D打印技术制备多孔结构纯钛生物医用材料,并对其进行预处理以及表面改性处理。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）、X射线能谱仪（EDS）、接触角测量仪、X射线衍射仪（XRD）等测试方法对表面形貌、成分组成、表面润湿性等进行表征和分析。并通体外仿生矿化实验对各组样品表面的生物矿化性能进行了研究,分析了不同表面对其影响以及相关机理。通过对3D打印用纯钛粉末、成型后的多孔结构样品和不同的表面处理方式对样品表面的影响的探究。结果表明,利用3D打印成型技术制备出多孔结构纯钛植入体的孔隙率为64.21%,符合所设计的要求,且弹性模量为1.8±0.24 GPa,接近松质骨（0.1-0.5 GPa）和皮质骨（12-18GPa）的弹性模量,更加适合植入体要求。采用酸蚀处理、酸蚀+退火处理、酸蚀+碱蚀处理、酸蚀+水热法...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多巴（A）及多巴胺（B）结构式
图 1.2 材料表面修饰聚多巴胺薄膜工艺及其膜厚度随时间变化情况自从被发现至应用以来，研究人员证实聚多巴胺薄膜的形成是因为多巴胺中所含有的氨邻二苯酚官能团。然而，PDA 在各种基质界面上的粘合机制仍然存在争议。由于 PDA 及似分子如真黑素的结构分析的复杂性，了解真黑素的聚合机理是了解 PDA 层化学形成的有径[78]。真黑素是由 L-3,4-二羟基苯丙氨酸（L-DOAP）酪氨酸前体天然形成的。这些基于单体和 PDA 聚合的其他重要条件成为影响 PDA 层形成的决定性因素[79]。现在为大多数人同的多巴胺氧化自聚合机理如图 1.3 所示，包括 DA 单体的自动氧化和分子内重排以及体的聚合。第一步涉及 DA 单体的自动氧化的发生，其中多巴胺醌是在溶解氧，碱性缓冲足够的初始多巴胺单体供应的情况下合成的。多巴胺醌进行分子内环化（A 子步），可逆形成多巴胺，并进行分子内重排，从而产生 5,6-二羟基吲哚（B 子步）。在 5,6-二羟基吲其进一步氧化的中间体（吲哚醌）（C 子步骤）之间发生反向歧化反应，最终导致 PDA（步骤）[80]。根据大量研究表明，PDA 形成的第二步 DA 单体的聚合问题分为两种不同机制一种是“共价键合”聚合方式，其中 DA 在进一步氧化和随后的 PDA 的分子间交联后通,6-二羟基吲哚单体聚合[81-82]。第二种是“非共价键”聚合方式，其中 DA 单体通过非共价相用连接在一起，包括氢键，电荷转移，离子相互作用和π-堆积，以聚合成大分子[83-84]。作
3D 打印多孔结构钛基植入体表面改性研究10图1.3 多巴胺氧化自聚合机理聚多巴胺薄膜不仅具有良好的生物相容性，能对各种材料进行表面改性。而且其表面含有丰富的活性官能团，能够与活性生物分子发生迈克尔加成反应或席夫碱反应，利用这些反应为聚多巴胺薄膜进一步修饰提供了条件[88]。因此，聚多巴胺薄膜上接枝生物活性分子能达到对材料表面进一步改性的目的，是一种能提高基体材料适应性的构筑复合薄膜的理想聚合物。1.5.2 酪蛋白磷酸肽酪蛋白磷酸肽（Casein Phosphopeptides， CPP）是一种以牛乳酪蛋白作为原材料，通过在适宜条件下利用蛋白酶进行水解，再对水解产物进行分离、纯化处理制成的富含簇磷酸丝氨酸结构的活性肽[89]。酪蛋白磷酸肽被称为矿物质的载体
【参考文献】：
期刊论文
[1]纯镁阳极氧化膜层不同后处理的细胞相容性[J]. 刘继光,李翀乾,张慧明,李慕勤,沈柏芳,林叶. 口腔医学研究. 2018(07)
[2]植酸转化膜对环氧清漆防腐性能的影响[J]. 常亮,师超,邵亚薇,王艳秋,刘斌,孟国哲. 中国腐蚀与防护学报. 2018(03)
[3]热浸锌层植酸/硅烷复合钝化膜及其耐蚀性能[J]. 于泽腾,胡会利,韩雪,张晋瑜. 材料保护. 2017(05)
[4]胶原涂层对3D打印种植体表面生物相容性的影响[J]. 李赛娜,康跻耀,高建萍,高毅,罗元明,张贵锋,王明林. 中国组织工程研究. 2017(10)
[5]3D打印钛合金孔隙支架骨长入影响因素的分析[J]. 王中汉,王辰宇,刘贺,李忱,秦彦国,蔡晓宇,王金成. 中国组织工程研究. 2016(52)
[6]两种酪蛋白磷酸肽阻止钙沉淀形成的比较研究[J]. 梁肖娜,孔彦文,张居明,陶冬冰,丛敏,杨梅,刘彪,武俊瑞,岳喜庆. 现代食品科技. 2017(03)
[7]钛种植体表面聚电解质多层膜刚度对变形链球菌黏附的影响[J]. 王琼,滕伟,王琴梅,黄洪章. 中华口腔医学杂志. 2016 (03)
[8]3D打印技术研究现状和关键技术[J]. 张学军,唐思熠,肇恒跃,郭绍庆,李能,孙兵兵,陈冰清. 材料工程. 2016(02)
[9]生物医用材料的研究现状与发展趋势[J]. 梁新杰,杨俊英. 新材料产业. 2016(02)
[10]金属零件3D打印技术的应用研究[J]. 李希朝. 科技与创新. 2016(01)
博士论文
[1]新型石墨烯复合支架材料的制备及其生物与力学性能研究[D]. 颉伟博.兰州大学 2017
硕士论文
[1]3D打印多孔钛种植体结合CS/HA涂层促骨结合作用的研究[D]. 张欣蔚.山东大学 2016
[2]激光近净成形工艺研究及其性能分析[D]. 沈初杰.合肥工业大学 2016
本文编号：3050947
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多巴（A）及多巴胺（B）结构式
图 1.2 材料表面修饰聚多巴胺薄膜工艺及其膜厚度随时间变化情况自从被发现至应用以来，研究人员证实聚多巴胺薄膜的形成是因为多巴胺中所含有的氨邻二苯酚官能团。然而，PDA 在各种基质界面上的粘合机制仍然存在争议。由于 PDA 及似分子如真黑素的结构分析的复杂性，了解真黑素的聚合机理是了解 PDA 层化学形成的有径[78]。真黑素是由 L-3,4-二羟基苯丙氨酸（L-DOAP）酪氨酸前体天然形成的。这些基于单体和 PDA 聚合的其他重要条件成为影响 PDA 层形成的决定性因素[79]。现在为大多数人同的多巴胺氧化自聚合机理如图 1.3 所示，包括 DA 单体的自动氧化和分子内重排以及体的聚合。第一步涉及 DA 单体的自动氧化的发生，其中多巴胺醌是在溶解氧，碱性缓冲足够的初始多巴胺单体供应的情况下合成的。多巴胺醌进行分子内环化（A 子步），可逆形成多巴胺，并进行分子内重排，从而产生 5,6-二羟基吲哚（B 子步）。在 5,6-二羟基吲其进一步氧化的中间体（吲哚醌）（C 子步骤）之间发生反向歧化反应，最终导致 PDA（步骤）[80]。根据大量研究表明，PDA 形成的第二步 DA 单体的聚合问题分为两种不同机制一种是“共价键合”聚合方式，其中 DA 在进一步氧化和随后的 PDA 的分子间交联后通,6-二羟基吲哚单体聚合[81-82]。第二种是“非共价键”聚合方式，其中 DA 单体通过非共价相用连接在一起，包括氢键，电荷转移，离子相互作用和π-堆积，以聚合成大分子[83-84]。作
3D 打印多孔结构钛基植入体表面改性研究10图1.3 多巴胺氧化自聚合机理聚多巴胺薄膜不仅具有良好的生物相容性，能对各种材料进行表面改性。而且其表面含有丰富的活性官能团，能够与活性生物分子发生迈克尔加成反应或席夫碱反应，利用这些反应为聚多巴胺薄膜进一步修饰提供了条件[88]。因此，聚多巴胺薄膜上接枝生物活性分子能达到对材料表面进一步改性的目的，是一种能提高基体材料适应性的构筑复合薄膜的理想聚合物。1.5.2 酪蛋白磷酸肽酪蛋白磷酸肽（Casein Phosphopeptides， CPP）是一种以牛乳酪蛋白作为原材料，通过在适宜条件下利用蛋白酶进行水解，再对水解产物进行分离、纯化处理制成的富含簇磷酸丝氨酸结构的活性肽[89]。酪蛋白磷酸肽被称为矿物质的载体
【参考文献】：
期刊论文
[1]纯镁阳极氧化膜层不同后处理的细胞相容性[J]. 刘继光,李翀乾,张慧明,李慕勤,沈柏芳,林叶. 口腔医学研究. 2018(07)
[2]植酸转化膜对环氧清漆防腐性能的影响[J]. 常亮,师超,邵亚薇,王艳秋,刘斌,孟国哲. 中国腐蚀与防护学报. 2018(03)
[3]热浸锌层植酸/硅烷复合钝化膜及其耐蚀性能[J]. 于泽腾,胡会利,韩雪,张晋瑜. 材料保护. 2017(05)
[4]胶原涂层对3D打印种植体表面生物相容性的影响[J]. 李赛娜,康跻耀,高建萍,高毅,罗元明,张贵锋,王明林. 中国组织工程研究. 2017(10)
[5]3D打印钛合金孔隙支架骨长入影响因素的分析[J]. 王中汉,王辰宇,刘贺,李忱,秦彦国,蔡晓宇,王金成. 中国组织工程研究. 2016(52)
[6]两种酪蛋白磷酸肽阻止钙沉淀形成的比较研究[J]. 梁肖娜,孔彦文,张居明,陶冬冰,丛敏,杨梅,刘彪,武俊瑞,岳喜庆. 现代食品科技. 2017(03)
[7]钛种植体表面聚电解质多层膜刚度对变形链球菌黏附的影响[J]. 王琼,滕伟,王琴梅,黄洪章. 中华口腔医学杂志. 2016 (03)
[8]3D打印技术研究现状和关键技术[J]. 张学军,唐思熠,肇恒跃,郭绍庆,李能,孙兵兵,陈冰清. 材料工程. 2016(02)
[9]生物医用材料的研究现状与发展趋势[J]. 梁新杰,杨俊英. 新材料产业. 2016(02)
[10]金属零件3D打印技术的应用研究[J]. 李希朝. 科技与创新. 2016(01)
博士论文
[1]新型石墨烯复合支架材料的制备及其生物与力学性能研究[D]. 颉伟博.兰州大学 2017
硕士论文
[1]3D打印多孔钛种植体结合CS/HA涂层促骨结合作用的研究[D]. 张欣蔚.山东大学 2016
[2]激光近净成形工艺研究及其性能分析[D]. 沈初杰.合肥工业大学 2016
本文编号：3050947
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