新型钛合金微孔植入物表面生物活性涂层的实验研究

发布时间：2017-04-11 17:21

  本文关键词：新型钛合金微孔植入物表面生物活性涂层的实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：髋关节和膝关节置换是临床上最成功的手术治疗方法之一,它可以减轻终末期关节病变和严重交通伤患者的痛苦,并能在短期内恢复关节功能,全世界每年有超过100万的患者要接受人工关节置换,随着平均寿命和世界人口的不断增加,预计这一数字将呈指数式猛增。由于人工关节假体患者人群有年轻化的趋势,因此,当前人工关节的研究不仅要考虑到假体寿命的延长,而且也要顾及到这些年轻患者对关节活动的需求。人工关节假体在体内长期、稳定的固定,主要取决于假体与骨组织间的骨整合程度。生物固定型人工关节潜在的研究方向,主要包括包括假体金属材料和涂层材料的选择,以及新涂层技术的开发。1.新型微孔钛合金试件表面HA涂层、HA-BMP复合涂层的制备目的:研究微弧氧化技术在新型钛合金上制备的HA涂层成分及表面形貌,探索BMP复合涂层的制备方法。方法:采用微弧氧化法在新型微孔钛合金表面制备表面涂层,并通过透析冻干法尝试在上述涂层上复合BMP,使用X线衍射分析仪和环境扫描电镜,分析这些涂层的成分及表面形貌。结果:XRD图谱证实了微弧氧化法制备的涂层中HA成分的存在,该涂层的分布、厚度均匀,且表面均匀存在直径1-10μm的小孔;HA-BMP复合涂层表面存在大小不等的絮状BMP成分。结论:微弧氧化法适用于在该新型钛合金材料制备表面涂层,且该涂层含有HA成分、表面形貌适宜骨组织生长。透析、冻干法能够被用来在HA涂层表面复合BMP成分。2.微孔涂层试件和微孔-HA涂层试件的动物体内植入实验目的:以微孔涂层试件为对照,研究微孔-HA涂层在植入动物体内后,试件-骨组织界面的新骨组织形成情况,研究微弧氧化技术这种金属表面改性新技术的临床应用前景。方法:将微孔涂层和微孔-HA涂层两种钛合金试件,分别植入犬的两侧近端股骨髓腔,在第4、12、24周后分别取材,部分标本行硬组织塑料包埋后切片并采用改良丽春红法染色,倒置显微镜下做组织学分析,并计算新骨生成率;部分标本直接在环境扫描电镜下观察分析。结果:两组试件生物相容性良好,组织学分析和电镜结果表明HA涂层能显著促进试件周围骨组织的新生。各时间段的试件周围新骨生成率也明显高于微孔涂层组(P0.05)。环境扫描电镜(ESEM)结果表明该涂层在植入24周后试件表面仍能观察到HA涂层,仅有少量被降解。结论:微孔-HA涂层试件在动物体内能获得更好的骨整合程度且该涂层具有较强的抗腐蚀性。3.BMP-HA复合涂层试件的动物体内植入实验目的:以HA涂层试件为对照,研究HA-BMP复合涂层试件在植入动物体内后,试件-骨组织界面的骨整合情况,探索透析-冻干法在制备BMP复合生物涂层中的应用。方法:将HA涂层和HA-BMP涂层两种试件,犬两侧近端股骨髓腔中分别作体内植入,在第4、12、24周后分别取材,部分标本行硬组织塑料包埋、切片并采用VG法染色,倒置显微镜下做组织学分析,采用病例图像分析系统计算新骨生成率;部分标本直接在环境扫描电镜下观察分析。结果:HA-BMP涂层组在植入4w、12w后,其试件周围新生骨组织情况优于HA涂层组,试件周围新骨形成率也有显著差异(P0.05),在植入24周后,两组试件周围骨组织新生情况无明显差异,试件周围新骨形成率无统计学差异(P0.05)。结论:通过透析-冻干法制备的BMP复合涂层,在植入早期能明显促进植入物周围骨组织的再生,但其骨诱导活性随着其在体内的降解逐渐减少,直至消失。4.三种涂层试件的生物力学实验目的:通过力学实验评估三组试件在植入体内一定时间后,试件-骨组织界面的生物力学性能。方法:将上述动物实验中获取的试件-骨组织标本块,放入安装有力学实验装置的环境扫描电镜中进行动态拉伸试验,观察拉伸过程中试件-骨组织界面裂纹的萌生、扩展直至完全断裂的过程,记录界面完全断裂时的拉伸力数据,并作统计学分析。结果:在植入4w、12w时,界面完全断裂断裂所需的拉伸力,HA-BMP复合涂层组最大,HA涂层组次之,无涂层组最小,且差异有统计学意义(P0.05),在植入24周时,HA-BMP复合涂层组与HA涂层组界面断裂时的拉伸力无显著性差异(P0.05),但均明显大于无涂层组。结论:HA与BMP均能明显增强植入物-骨组织界面的生物力学性能,但在实验后期(24w),HA-BMP涂层组并未表现出比HA组更好的界面生物力学性能,可能缘于其在体内的降解。
【关键词】：钛合金 涂层 微弧氧化 羟基磷灰石 骨形态发生蛋白
【学位授予单位】：第四军医大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R687.4;R318.08
【目录】：

• 缩略语表5-7
• 中文摘要7-10
• 英文摘要10-13
• 前言13-15
• 文献回顾15-35
• 实验一 新型微孔钛合金试件表面HA涂层、HA-BMP复合涂层的制备35-47
• 1 材料36-37
• 2 方法37-39
• 3 结果39-44
• 4 讨论44-47
• 实验二 微孔涂层试件和微孔-HA涂层试件的动物体内植入实验47-60
• 1 材料48-49
• 2 方法49-53
• 3 结果53-57
• 4 讨论57-60
• 实验三 BMP-HA复合涂层试件的动物体内植入实验60-71
• 1 材料61-62
• 2 方法62-65
• 3 结果65-69
• 4 讨论69-71
• 实验四 三种涂层试件的生物力学实验71-81
• 1 材料72
• 2 方法72-74
• 3 结果74-79
• 4 讨论79-81
• 小结81-82
• 参考文献82-99
• 个人简历和研究成果99-100
• 致谢100

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本文编号：299594