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钛合金植入体微纳双级结构表面设计制造及其生物相容性研究

发布时间:2018-01-10 08:01

  本文关键词:钛合金植入体微纳双级结构表面设计制造及其生物相容性研究 出处:《山东大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


  更多相关文章: 钛合金植入体 微纳结构 微细铣削 碱热处理 生物相容性


【摘要】:医用钛合金具有优异的力学性能、易加工性、低弹性模量、抗腐蚀性以及生物相容性,已被应用于制作牙种植体、人造关节等替代材料。然而,通过临床应用发现,钛合金植入体植入人体后与周围骨组织整合性较差,易出现植入体松动并引发炎症,导致植入的失败。鉴于此,为了提高钛合金植入体诱导骨整合性能,促进植入体与周围骨组织更好地结合,钛合金植入体在植入人体之前需要进行必要的表面处理。天然骨表面由宏观结构和微纳米结构组合而成,因此从仿生学的角度研究可知,改变钛合金植入体表面微纳形貌可以提高植入体与骨组织的结合能力,提高钛合金植入体的力学性能和生物学性能。目前,植入体表面微纳结构改性已成为提高植入体表面生物学性能的主要措施之一。本文通过在钛合金表面构建微纳米双级结构,提高钛合金的力学性能和生物学性能。首先,通过微细铣削和碱热处理在钛合金表面构建微纳双级结构并对其进行生物学评价。利用微细铣削和碱热处理相结合的方法在医用钛合金表面构建具有金字塔微结构和纳米网格的微纳双级结构。通过扫描电子显微镜(SEM)、激光显微镜(LSM)、接触角测量仪对表面结构进行表征。通过细胞体外实验,对植入体生物活性进行深入研究,包括细胞形态观察、细胞增殖、碱性磷酸酶活性检测、骨钙素和骨桥蛋白染色观察、细胞矿化定量检测。结果表明,微纳米双级结构有助于小鼠成骨细胞(MC3T3s)的伸展、增殖和分化。其次,通过喷砂酸蚀处理方法并结合碱热处理在钛合金上构建微纳双级结构并进行生物学评价。利用喷砂酸蚀和碱热处理相结合的方法在医用钛合金表面构建具有微凹坑和纳米网格的微纳双级结构。通过SEM、LSM、接触角测量仪、X射线衍射仪(XRD)对表面结构进行表征。通过细胞体外实验,对植入体生物活性进行深入研究。结果表明,与光滑表面、微结构表面和纳米结构表面相比,具有微纳米双级结构的钛合金具有更好的生物相容性,对MC3T3s增殖和分化具有更好的促进作用。最后,通过离子置换构建具有钙镁离子的微纳双级结构并验证其对细胞生物活性协同影响。以微纳结构为基体,通过置换反应获得分别具有钙离子和镁离子的微纳米双级结构。通过X射线光电子能谱分析(XPS)检测可知,微纳结构本身的钠离子分别被钙镁离子完全置换。通过后期细胞体外实验,与具有钠离子的微纳结构相比,具有钙镁离子的微纳结构表面明显地促进细胞的生长和分化。同时,具有钙离子的微纳结构比具有镁离子的微纳结构对于细胞的生长表现出更强的促进作用。
[Abstract]:Titanium alloy has excellent mechanical properties, easy processing, low elastic modulus, corrosion resistance and biocompatibility, have been used in making dental implants, artificial joint replacement materials. However, the clinical application showed that the titanium alloy implants implanted in the body and the surrounding bone tissue integrity is poor, easy to there the loosening of the implant and cause inflammation, leading to implant failure. In view of this, in order to improve the osseointegration of titanium alloy implants induced performance, promote better body and bone tissue around implant with titanium alloy implants, the need for surface treatment necessary for implantation in the human body before. Natural bone surface from the macro structure and micro nano structure a combination of the research from the angle of bionics, change of titanium alloy implant surface micro morphology can improve the binding capacity of the implant and bone tissue, improve the mechanical properties of titanium alloy implants and Biological performance. At present, the implant surface micro nano structure modification has become one of the main measures to improve the biological properties of implant surfaces. In this paper, through the construction of micro nano dual structure on the surface of titanium alloy, improve mechanical properties and biological properties of titanium alloy. First of all, through the micro milling and alkali heat treatment on the surface of titanium alloy micro construction nano two-stage structure and biological evaluation of the micro nano dual stage structure. With Pyramid micro structure and nano grid on the surface of titanium alloy by means of micro milling and alkali heat treatment combination. By scanning electron microscopy (SEM), laser scanning microscope (LSM), contact angle measuring instrument of surface structure characterization of cells in vitro. Through experiments, in-depth study of implant biological activities, including cell morphology, cell proliferation assay, alkaline phosphatase activity, osteocalcin and osteopontin staining Observation of cell mineralization quantitative detection. The results showed that the micro nano dual structure helps mouse osteoblasts (MC3T3s) stretching, proliferation and differentiation. Secondly, through sandblasted and acid etching method combined with alkali heat treatment on titanium alloy on the construction of micro nano dual stage structure and biological evaluation. On the surface of titanium the construction of micro nano alloy double structure with micro pits and nano grid method using sandblasting etching and alkali heat treatment combination. Through SEM, LSM, contact angle measurement, X ray diffraction (XRD) were used to characterize the surface structure. Through in vitro experiments, in-depth study of the biological activity of implant. The results show that with the smooth surface, surface micro structure and nano structure surface compared with titanium alloy micro nano dual structure has better biocompatibility of, has better effect on promoting the proliferation and differentiation of MC3T3s. Finally, through the ion For the construction of micro nano calcium and magnesium ions with two-stage structure and verify its biological activity. The synergistic effect on cell with micro nano structure as matrix, micro nano respectively with calcium ion and magnesium ion pair structure by replacement reaction. By X ray photoelectron spectroscopy (XPS) detection, micro nano sodium ion the structure itself was completely replaced. Calcium and magnesium ions through the late cells in vitro, with sodium ions in micro nano structure compared with calcium and magnesium ions of micro nano structure surface significantly promote cell growth and differentiation. At the same time, the micro nano structure with calcium ion than with magnesium ion micro nano structure for cell growth exhibit a stronger role in promoting.

【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TG178;R318.08

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本文编号:1404452

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