新型可降解镁锶骨填充材料的力学及生物学性能研究

发布时间：2020-10-30 04:45

　　 本文开发了新型可降解镁锶金属骨填充材料,锶元素是一种人体必需的微量元素,具有促进成骨细胞抑制破骨细胞的作用。冶炼成功后对材料成分、组织结构、力学性能生物学性能等进行了系统的分析,为调控材料降解速率,将材料进行挤压变形和制备微弧氧化Sr-CaP涂层。全面研究了Sr-CaP涂层的表面元素组成、物相组成、截面元素分布、耐蚀性等性能,通过浸泡实验、失重实验、电化学、细胞实验以及体内植入等实验方法综合对比了铸态Mg-1.5Sr、铸态基体+Sr-CaP涂层、挤压态合金的体内外性能。结果表明：Mg-1.5Sr合金的物相组成为Mg和Mg17Sr2, Sr在基体镁中基本不固溶,以第二相Mg17Sr2存在于材料中。铸态材料的第二相以网状存在于晶界处造成材料强度较低,挤压变形后的第二相破碎成颗粒状,力学性能明显升高。镁锶合金的弹性模量和人体骨骼的接近,可以降低生物材料的“应力遮挡”效应。MAO涂层呈现出典型的多孔状、表面有裂纹。XRD分析可知物相组成为MgO、 MgF2。XPS结果表明Ca、Sr和P三种元素分别以Ca2+、Sr2+和PO43-三种形式存在于微弧氧化涂层中。点滴实验表明Sr-CaP涂层的材料耐蚀性较好,而通过中长期的浸泡实验可知Sr-CaP涂层保护的材料腐蚀速率较小,说明Sr-CaP涂层性能较好。通过电化学极化曲线测试可知不同材料的初期耐蚀性顺序为铸态Mg-Sr铸态+Sr-CaP涂层挤压态Mg-Sr,而pH测试、失重、离子溶出等实验得出三种材料的耐蚀性行为不变,为体内植入提供依据。而浸泡14天后,铸态+Sr-CaP样品表面的腐蚀产物明显较多,经检测腐蚀产物为富含Ca、P的产物。细胞毒性实验表明铸态+Sr-CaP样品细胞毒性为1级,动物实验结果显示,铸态+Sr-CaP涂层材料在体内表现出与成骨相匹配的降解速率,促进成骨效果最佳。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：R318.08;R687
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 骨移植填充简介
    1.2 自体骨和异体骨
        1.2.1 自体骨
        1.2.2 同种异体骨
        1.2.3 异种骨
    1.3 人工合成骨填充材料
        1.3.1 生物陶瓷
        1.3.2 硫酸钙
        1.3.3 生物活性玻璃
        1.3.4 其他人工合成骨填充材料
    1.4 生物可降解镁合金
        1.4.1 可降解镁合金在植入领域中的研究历程
        1.4.2 可降解镁合金的生物安全性评价
        1.4.3 可降解镁合金作为骨填充器件的优势
        1.4.4 可降解镁锶合金
        1.4.5 可降解镁合金微弧氧化表面改性涂层
    1.5 国内外骨填充产品及市场分析
        1.5.1 国内外医用骨填充产品
        1.5.2 骨填充产品市场分析和产业前景
    1.6 论文研究的目的和内容
2 实验过程和方法
    2.1 Mg-Sr合金材料冶炼和样品准备
    2.2 Mg-Sr合金材料成分分析、物相组成、力学性能测试
    2.3 铸态Mg-Sr合金表面微弧氧化涂层制备
    2.4 MAO涂层形貌、元素组成、物相组成分析
    2.5 材料耐蚀性测试
        2.5.1 点滴实验
        2.5.2 电化学测试
        2.5.3 pH测试
        2.5.4 失重测量
        2.5.5 离子溶出
    2.6 细胞实验
        2.6.1 细胞毒性
        2.6.2 ALP染色
    2.7 动物实验
        2.7.1 X射线光片
        2.7.2 HRTXRT三维成像
3 Mg-1.5Sr材料表征
    3.1 Mg-1.5Sr合金组织、物相组成表征
    3.2 Mg-1.5Sr合金力学性能测试
        3.2.1 Mg-1.5Sr拉伸性能
        3.2.2 Mg-1.5Sr压缩性能
    3.3 本章小结
4 含锶微弧氧化涂层的制备与表征
    4.1 涂层形貌和组成分析
        4.1.1 涂层形貌和元素组成
        4.1.2 涂层截面及元素分布
        4.1.3 涂层组成分析
    4.2 涂层结合力测试
    4.3 涂层耐蚀性分析
        4.3.1 点滴实验
        4.3.2 电化学测试
        4.3.3 pH测试
        4.3.4 失重实验
        4.3.5 微弧氧化涂层降解机理
    4.4 本章小结
5 镁锶合金降解速率调控和生物活性评价
    5.1 不同状态Mg-Sr合金降解速率对比
        5.1.1 极化曲线测试
        5.1.2 pH值测试
        5.1.3 失重实验
        5.1.4 离子溶出
        5.1.5 降解产物沉积
    5.2 多孔结构对Mg-Sr合金降解速率影响
    5.3 细胞实验
        5.3.1 细胞毒性
        5.3.2 ALP染色
    5.4 动物实验
        5.4.1 动物实验样品准备及实验模型建立
        5.4.2 X射线光片
        5.4.3 HRTXRT三维成像
    5.5 骨填充产品结构设计
    5.6 本章小结
6 结论
致谢
参考文献
附录

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本文编号：2862008