钛基人工骨表面微纳结构设计制造及其生物相容性的研究
发布时间：2022-01-09 06:17
钛合金材料因其良好的机械力学性能以及生物相容性而被广泛的应用于人工骨植入领域。但钛合金材料存在生物惰性,植入人体后,不易与骨组织形成稳定可靠的生物键合,使植入体周围发生炎症,更有甚者引起植入体脱落,导致植入失败,因此,提升钛合金材料与骨组织的结合能力成为植入体领域研究的热点。为提升植入体与骨组织的结合强度,本课题依据仿生学原理,结合树蛙脚掌皮肤具有粘附性的特点,在钛合金表面设计出仿树蛙脚掌皮肤形貌的六边形微纳米组合结构。为实现所设计微纳米组合结构的制备,本课题通过光纤激光和化学处理、光纤激光和飞秒激光加工等方法制备微纳米组合结构,并通过体外模拟体液浸泡实验研究不同表面微结构的生物活性。为进一步提升生物活性,利用激光熔覆法在钛合金人工骨表面制备线阵列分布的钛酸钙涂层。通过对该仿生微纳米结构的设计、制造以及生物活性研究,获得以下结论:（1）通过对人工骨骼结构特点以及树蛙脚掌皮肤形貌的分析,仿生设计出六边形微纳米组合结构,其中微六边形边长150300?m,六边形间沟槽宽100?m,纳米孔洞尺寸为10150nm。（2）通过对光纤激光器加工钛合金表面影...
【文章来源】：陕西科技大学陕西省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PMMA表面微倒钩阵列的SEM图
并且纳米结构更有利于蛋白质的吸附，该结构对成骨细胞、成纤维细胞以及上皮细胞的生长具有积极作用，如图1-2 所示[23]。图 1-2 纳米结构表面对蛋白质和细胞行为的影响[23]Fig. 1-2 Effects of nanostructured surfaces on protein and cell behavior钛及钛合金表面通常采用水热合成法[24]、直接化学反应法[25-27]以及阳极氧化法[28-32]等加工工艺加工出纳米线、纳米管、纳米花等表面纳米结构。水热法是以水溶液为反应体系，在特定的密闭反应釜中，对该溶液加温加压，使难溶或不溶物质重新结晶以实现材料的表面改性[24]。Li 等[33]在 160℃高压釜内，通过水热合成法在钛合金表面制备出 TiO2纳米棒，并证明该结构有利于细胞黏附和生长。直接化学反应法操作简单，适用范围广，通常利用双氧水、酸碱溶液与钛合金样品发生反应，在样品表面产生不同的纳米结构[25-27]。Zhao 等[34]通过直接化学反应法在钛表面制备出纳米尺度结构，并证明该表面结构有利于细胞的增殖和分化。阳极氧化法是在特定的电解液中，以改性金属为阳极，铂片为阴极，在改性金属表面生成一定形貌氧化物的一种处理方法[28]。该方法制备工艺简单，制备的 TiO2纳米管阵列高低有序，是现阶段制备过程中最通用的加工方法。Oh 等[35]通过对 TiO2纳米管不同孔径的研究，得出在 30nm 到 100nm 的孔径范围内
陕西科技大学硕士学位论文提升植入体的表面积，增强植入体与骨组织的力学结合强度；纳米结构通的形成，影响细胞的生长和分化，骨组织与不同尺度植入体表面的相互作 1-3 所示[37]。从生物学角度讲，微纳米复合结构更有利于细胞行为的调节入物与骨组织结合强度的提升。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于树蛙脚掌湿黏附的仿生手术夹钳表面研究[J]. 张力文,陈华伟,王炎,张鹏飞,张国凯,张德远. 机械工程学报. 2018(17)
[2]载能电刀仿生防粘表面技术[J]. 刘光,张鹏飞,陈华伟,韩志武,张德远. 机械工程学报. 2018(17)
[3]TC4合金微弧氧化及膜层生物活性探究[J]. 李樊,李玉海,赵晖. 沈阳理工大学学报. 2017(03)
[4]水热合成制度对水化硅酸钙孔结构的影响[J]. 曾路,何牟,毛钉. 非金属矿. 2017(03)
[5]个性化植入假体——骨修复、骨置换的未来趋势[J]. 苏宏伦,李剑,莫中军,郭俊超,范宏斌,樊瑜波. 中国医疗器械信息. 2017(07)
[6]生物医用金属材料的研究应用现状及发展趋势[J]. 张永涛,刘汉源,王昌,程军,石瑾,王岚,于振涛. 热加工工艺. 2017(04)
[7]生物医用钛合金材料发展现状及趋势[J]. 任军帅,张英明,谭江,隋永哲,王娟,张小荣. 材料导报. 2016(S2)
[8]飞秒激光诱导钛合金表面形貌变化的规律[J]. 周树清,马国佳,王春华,张伟. 中国激光. 2016(09)
[9]植入体微纳结构表面制备及生物相容性研究综述[J]. 王桂森,万熠,王滕,张东. 表面技术. 2016(05)
[10]电解蚀刻法处理的钛及钛合金表面的对比研究[J]. 王世振,孟维艳,矫国田,张滨,李保胜,窦林波,牛金城,蔡青. 华西口腔医学杂志. 2014(06)
博士论文
[1]钛材表面纳米结构化及其对骨髓间充质干细胞的影响[D]. 来敏.重庆大学 2013
[2]钛合金表面图案化处理及生物活性化机理[D]. 梁春永.天津大学 2008
硕士论文
[1]钛合金表面微纳结构设计制造及其生物活性研究[D]. 门博.山东大学 2015
[2]钛基羟基磷灰石涂层的仿生制备与性能研究[D]. 曹鑫.陕西科技大学 2015
[3]钛表面丝素蛋白调控磷酸钙仿生矿化的研究[D]. 张瑾莉.浙江理工大学 2014
[4]微弧氧化法制备钛基羟基磷灰石生物陶瓷膜研究[D]. 倪嘉桦.青岛科技大学 2007
本文编号：3578131
【文章来源】：陕西科技大学陕西省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PMMA表面微倒钩阵列的SEM图
并且纳米结构更有利于蛋白质的吸附，该结构对成骨细胞、成纤维细胞以及上皮细胞的生长具有积极作用，如图1-2 所示[23]。图 1-2 纳米结构表面对蛋白质和细胞行为的影响[23]Fig. 1-2 Effects of nanostructured surfaces on protein and cell behavior钛及钛合金表面通常采用水热合成法[24]、直接化学反应法[25-27]以及阳极氧化法[28-32]等加工工艺加工出纳米线、纳米管、纳米花等表面纳米结构。水热法是以水溶液为反应体系，在特定的密闭反应釜中，对该溶液加温加压，使难溶或不溶物质重新结晶以实现材料的表面改性[24]。Li 等[33]在 160℃高压釜内，通过水热合成法在钛合金表面制备出 TiO2纳米棒，并证明该结构有利于细胞黏附和生长。直接化学反应法操作简单，适用范围广，通常利用双氧水、酸碱溶液与钛合金样品发生反应，在样品表面产生不同的纳米结构[25-27]。Zhao 等[34]通过直接化学反应法在钛表面制备出纳米尺度结构，并证明该表面结构有利于细胞的增殖和分化。阳极氧化法是在特定的电解液中，以改性金属为阳极，铂片为阴极，在改性金属表面生成一定形貌氧化物的一种处理方法[28]。该方法制备工艺简单，制备的 TiO2纳米管阵列高低有序，是现阶段制备过程中最通用的加工方法。Oh 等[35]通过对 TiO2纳米管不同孔径的研究，得出在 30nm 到 100nm 的孔径范围内
陕西科技大学硕士学位论文提升植入体的表面积，增强植入体与骨组织的力学结合强度；纳米结构通的形成，影响细胞的生长和分化，骨组织与不同尺度植入体表面的相互作 1-3 所示[37]。从生物学角度讲，微纳米复合结构更有利于细胞行为的调节入物与骨组织结合强度的提升。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于树蛙脚掌湿黏附的仿生手术夹钳表面研究[J]. 张力文,陈华伟,王炎,张鹏飞,张国凯,张德远. 机械工程学报. 2018(17)
[2]载能电刀仿生防粘表面技术[J]. 刘光,张鹏飞,陈华伟,韩志武,张德远. 机械工程学报. 2018(17)
[3]TC4合金微弧氧化及膜层生物活性探究[J]. 李樊,李玉海,赵晖. 沈阳理工大学学报. 2017(03)
[4]水热合成制度对水化硅酸钙孔结构的影响[J]. 曾路,何牟,毛钉. 非金属矿. 2017(03)
[5]个性化植入假体——骨修复、骨置换的未来趋势[J]. 苏宏伦,李剑,莫中军,郭俊超,范宏斌,樊瑜波. 中国医疗器械信息. 2017(07)
[6]生物医用金属材料的研究应用现状及发展趋势[J]. 张永涛,刘汉源,王昌,程军,石瑾,王岚,于振涛. 热加工工艺. 2017(04)
[7]生物医用钛合金材料发展现状及趋势[J]. 任军帅,张英明,谭江,隋永哲,王娟,张小荣. 材料导报. 2016(S2)
[8]飞秒激光诱导钛合金表面形貌变化的规律[J]. 周树清,马国佳,王春华,张伟. 中国激光. 2016(09)
[9]植入体微纳结构表面制备及生物相容性研究综述[J]. 王桂森,万熠,王滕,张东. 表面技术. 2016(05)
[10]电解蚀刻法处理的钛及钛合金表面的对比研究[J]. 王世振,孟维艳,矫国田,张滨,李保胜,窦林波,牛金城,蔡青. 华西口腔医学杂志. 2014(06)
博士论文
[1]钛材表面纳米结构化及其对骨髓间充质干细胞的影响[D]. 来敏.重庆大学 2013
[2]钛合金表面图案化处理及生物活性化机理[D]. 梁春永.天津大学 2008
硕士论文
[1]钛合金表面微纳结构设计制造及其生物活性研究[D]. 门博.山东大学 2015
[2]钛基羟基磷灰石涂层的仿生制备与性能研究[D]. 曹鑫.陕西科技大学 2015
[3]钛表面丝素蛋白调控磷酸钙仿生矿化的研究[D]. 张瑾莉.浙江理工大学 2014
[4]微弧氧化法制备钛基羟基磷灰石生物陶瓷膜研究[D]. 倪嘉桦.青岛科技大学 2007
本文编号：3578131
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