钛合金表面改性及其生物活性和抗菌性研究

发布时间：2017-06-23 01:08

  本文关键词：钛合金表面改性及其生物活性和抗菌性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：钛及其合金由于具有良好的生物相容性,在临床上,尤其是骨移植方面得到了广泛的应用。然而,钛具有生物惰性,植入体内后易被机体当作异物而产生排斥作用。因此,对金属钛进行表面处理,使其具有良好的生物性能、抗剥落性能以及抗菌性以改善手术效果显得尤其重要。钛酸盐是一种极为重要的无机非金属材料,现已经在光催化、传感器以及电子等领域得到广泛应用。目前,大量研究表明钛酸盐有着优良的生物相容性,其中,CaTiO3和SrTiO3已经得到广泛认可。因此,本论文采用水热法对金属钛进行改性,在其表面合成了钛酸盐(CaTiO3、 SrTiO3),并对其生物相容性进行了系统的评价。此外,在钛基上引入了抗菌剂,对其抗菌性能进行了评价,以及对多孔钛棒水凝胶复合材料的载药和释放能力做了简单的探究。具体内容如下：首先,采用简单易行的一步水热法在钛基上原位合成了钛酸钙涂层,并通过细胞实验和动物实验对这种形貌特殊的涂层的生物性能进行了系统的评价。细胞实验结果表明,在钛螺钉表面改性生成钛酸钙涂层后,其对细胞没有明显的毒性,有利于细胞的增殖、分化；动物实验也表明表面改性后,钛钉的生物相容性得到了显著的提高。因此,钛酸钙是一种比较理想的,能够用作提高材料生物相容性的材料。此外,我们还系统地探讨了水热反应条件(反应温度、时间、浓度等)对合成目标物的影响,确定其最佳合成条件为：反应温度是110℃；反应时间是4h；氢氧化钠的浓度是1M；醋酸钙的浓度是0.04 M。其次,采用相似的一步水热法在钛基上原位合成了钛酸锶涂层。系统的探讨了合成条件(反应温度、时间、浓度等)对合成目标物的影响,确定该水热反应的最佳条件为：反应温度为110℃；反应时间是4 h；硝酸锶的浓度是0.02 M。然后,在钛片表面上引入银离子抗菌剂以及壳聚糖抗菌剂,并研究了其抗菌性能。结果表明,经过浸泡法引入银抗菌剂和一步水热法引入银抗菌剂后,钛片均具有良好的抗菌性能,而样品在壳聚糖溶液中浸泡后不具有抗菌性能。最后,采用3D打印技术结合电子束熔融技术制备出适合骨组织长入、孔隙率约为50%的多孔钛棒。之后合成了吸水性能优异的聚乙烯醇水凝胶。然后再把多孔钛棒和水凝胶复合起来做为药物载体,探讨了其对硫酸庆大霉素的缓释能力。结果表明该体系对药物的释放能力为53.66%。
【关键词】：表面改性 钛酸盐 水热反应 抗菌性 生物相容性
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.08;TG174.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 生物材料11-12
• 1.1.1 生物材料的发展简介11-12
• 1.1.2 生物材料的分类12
• 1.1.3 生物材料的研究方向12
• 1.2 金属钛的结构和物理性能12-16
• 1.2.1 钛基材料的研究现状13-14
• 1.2.2 钛酸盐的合成方法14-16
• 1.3 抗菌材料的研究现状16-17
• 1.3.1 抗菌材料的分类16
• 1.3.2 银的抗菌机理16-17
• 1.4 多孔钛的研究进展17-19
• 1.5 水凝胶在医用方面的应用19-20
• 1.6 生物相容性及生物学评价20-21
• 1.6.1 生物相容性概述20
• 1.6.2 生物相容性评价20-21
• 1.7 论文的选题意义及主要研究内容21-23
• 第2章 钛钉表面原位合成钛酸钙及其生物活性的研究23-38
• 2.1 引言23-24
• 2.2 实验仪器及试剂24-25
• 2.3 实验部分25-27
• 2.3.1 实验过程25
• 2.3.2 实验流程概括图25
• 2.3.3 体外细胞实验评价生物性能25-26
• 2.3.4 动物实验评价生物相容性26-27
• 2.4 样品表征27
• 2.5 结果与讨论27-36
• 2.5.1 预处理钛钉表面形貌27-28
• 2.5.2 原位钛酸钙涂层的形貌28-29
• 2.5.3 表面改性后钛表面的能谱图29-30
• 2.5.4 原位钛酸钙涂层的形貌水热反应前后钛表面的XRD图30
• 2.5.5 碱的浓度对合成钛酸钙的影响30-32
• 2.5.6 反应时间对合成钛酸钙的影响32
• 2.5.7 反应物浓度对合成钛酸钙的影响32-33
• 2.5.8 反应温度对合成钛酸钙的影响33-34
• 2.5.9 原位钛酸钙涂层对细胞活性和碱性磷酸酶活性的影响34-35
• 2.5.10 钛钉和骨组织的结合情况35-36
• 2.6 本章小结36-38
• 第3章 钛表面原位合成钛酸锶及引入抗菌剂后其抗菌性能的研究38-54
• 3.1 引言38-39
• 3.2 实验试剂及仪器39-40
• 3.3 实验部分40-41
• 3.3.1 钛基上原位钛酸锶的合成40
• 3.3.2 在改性后的钛片表面引入银以及壳聚糖抗菌剂40
• 3.3.3 样品的抗菌性能实验40-41
• 3.4 生物活性体外评价实验41-42
• 3.5 样品表征42
• 3.6 结果与讨论42-53
• 3.6.1 钛基表面引入银后的能谱图42-43
• 3.6.2 水热反应前后钛基底表面的XRD图43-44
• 3.6.3 水热反应时间对合成钛酸锶的影响44
• 3.6.4 钛酸锶浓度对合成钛酸锶的影响44-46
• 3.6.5 水热反应温度对合成钛酸锶的影响46
• 3.6.6 搅拌因素对合成钛酸锶的影响46-47
• 3.6.7 引入抗菌剂前后的钛基表面的SEM图与XRD图47-49
• 3.6.8 表面改性钛基的抗菌性能评价49-50
• 3.6.9 引入抗菌剂后钛基的重复抗菌性能评价50-52
• 3.6.10 生物相容性评价52-53
• 3.7 小结53-54
• 第4章 多孔钛棒及其复合体系药物缓释能力的研究54-61
• 4.1 引言54-55
• 4.2 实验试剂及检测仪器55
• 4.3 实验部分55-57
• 4.3.1 多孔钛钛棒的制备55-56
• 4.3.2 水凝胶的制备56
• 4.3.3 聚乙烯醇水凝胶溶胀性能的测试56
• 4.3.4 GS缓释曲线测定56-57
• 4.4 结果与讨论57-60
• 4.4.1 多孔钛表面改性后的SEM图57-58
• 4.4.2 制备水凝胶的溶胀性能的测定58
• 4.4.3 GS标准溶液液水解后标准曲线58-59
• 4.4.4 多孔钛棒和水凝胶复合体系对GS的缓释性能59-60
• 4.5 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-71
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录71-72
• 致谢72

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