NiTi合金表面Cu负载Ni-Ti-O纳米孔涂层的制备及其生物学性能研究
发布时间：2021-01-02 00:30
近等原子比的镍钛（NiTi）合金因具有独特的形状记忆效应、超弹性、低弹性模量以及良好的生物相容性等优点,已作为生物医用植入材料广泛应用于整形外科领域。然而,由于其自身抗菌能力较差以及生物活性较弱,植入人体后易受感染,最终导致手术失败。合适的纳米级表面形貌可有效改善材料的生物相容性,而负载生物活性元素能有效发挥其生物学效应,因此将二者结合有望解决NiTi合金作为植入体存在的问题。本研究首先采用阳极氧化技术在NiTi合金表面构建了Ni-Ti-O纳米孔（表示为NP）,然后再通过电沉积成功地将生物活性元素Cu负载至Ni-Ti-O纳米孔中（表示为NP-Cu）,并系统评估了其体外抗菌性能、细胞相容性以及对骨髓间充质干细胞（BMSCs）、成骨细胞和内皮细胞功能的影响。综合本论文工作,所取得的研究结果如下:（1）采用阳极氧化技术成功制备出Ni-Ti-O纳米孔涂层,然后利用电沉积技术在Ni-Ti-O纳米孔中负载Cu。Cu（0.78-2.37 at.%）的负载对纳米孔直径、长度以及形貌影响不大,且Cu元素均匀的分布在涂层中。（2）NP-Cu涂层能安全有效地释放Cu离子和Ni离子,且其Cu离子释放水平与负载...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NiTi合金形状记忆效应原理示意图
图 1-2 NiTi 合金、医用不锈钢及天然骨骼的应力-应变示意图[8]Figure 1-2 Stress-strain diagram of NiTi alloy, biomedical stainless steel and bone[8]（4）生物相容性对于生物医用材料而言，其自身是否具备良好的生物相容性是衡量其在医学应用的一个重要指标。尤其是对于植入材料来说，在植入人体内后，材料不会对人体细胞和组织产生或诱发任何不良反应，并能够充分发挥自身所具备的生物性能。针对 NiTi 形状记忆合金的生物相容性，国内外学者做了大量的研究。Kapanen等[9]通过细胞毒性实验研究 NiTi 合金、不锈钢、纯 Ti 和 Ni 金属对成骨细胞的影响。结果表明，相较于不锈钢以及纯 Ni 金属，成骨细胞在 NiTi 合金和纯 Ti表面能够良好的生长和增殖，即 NiTi 合金不会诱导毒性效应，影响细胞增殖。Ryhanen 等[10]也证实了 NiTi 合金不存在细胞毒性，且对成骨细胞和纤维细胞具有良好的细胞相容性。此外，他们通过在大鼠体内分别植入 NiTi 合金与不锈钢来对比两者在体内的骨愈合以及骨矿化能力，结果证实 NiTi 合金表现出了更好
层的微观形貌、化学组分及元素含量进行分析，并研究了 Cu 元素的掺杂对纳米孔涂层的润湿性影响；（2）评价各组试样的抗菌性能并分析探讨其抗菌机理；（3）评价各组试样对骨髓间充质干细胞的细胞毒性、分化及功能的影响；（4）评价各组试样的离子浸提液对成骨细胞功能的影响；（5）评价各组试样对内皮细胞粘附、增殖、NO 合成及 VEGF 分泌的影响。1.5.2 实验方案实验具体方案分为两大部分，一是试样制备及其表征，另一部分就是对制备出的试样进行生物学性能评估。首先对 NiTi 合金进行阳极氧化在其表面制备出纳米孔结构，然后通过电沉积方法将 Cu 元素负载到纳米孔结构中，随后对其表面涂层进行分析表征，最终通过体外细胞实验对涂层对的生物学性能进行评估。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Surface characteristics,corrosion behavior,and antibacterial property of Ag-implanted NiTi alloy[J]. Peng Luo,Sheng-Nan Wang,Ting-Ting Zhao,Yan Li. Rare Metals. 2013(02)
[2]三种心血管支架用金属材料的表面特性与生物相容性[J]. 吴锋,孟改利,董兵辉,刘保国,周益敏,付涛. 生物医学工程研究. 2012(02)
[3]NiTi合金的生物医用性能及其在医学领域的应用[J]. 王蕴贤,张小农,孙康. 稀有金属. 2006(03)
[4]NiTi形状记忆合金在生物医用领域的研究进展[J]. 耿芳,石萍,杨大智. 功能材料. 2005(01)
[5]生物医学材料的现状及发展(一)[J]. 顾汉卿. 中国医疗器械信息. 2001(01)
本文编号：2952286
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NiTi合金形状记忆效应原理示意图
图 1-2 NiTi 合金、医用不锈钢及天然骨骼的应力-应变示意图[8]Figure 1-2 Stress-strain diagram of NiTi alloy, biomedical stainless steel and bone[8]（4）生物相容性对于生物医用材料而言，其自身是否具备良好的生物相容性是衡量其在医学应用的一个重要指标。尤其是对于植入材料来说，在植入人体内后，材料不会对人体细胞和组织产生或诱发任何不良反应，并能够充分发挥自身所具备的生物性能。针对 NiTi 形状记忆合金的生物相容性，国内外学者做了大量的研究。Kapanen等[9]通过细胞毒性实验研究 NiTi 合金、不锈钢、纯 Ti 和 Ni 金属对成骨细胞的影响。结果表明，相较于不锈钢以及纯 Ni 金属，成骨细胞在 NiTi 合金和纯 Ti表面能够良好的生长和增殖，即 NiTi 合金不会诱导毒性效应，影响细胞增殖。Ryhanen 等[10]也证实了 NiTi 合金不存在细胞毒性，且对成骨细胞和纤维细胞具有良好的细胞相容性。此外，他们通过在大鼠体内分别植入 NiTi 合金与不锈钢来对比两者在体内的骨愈合以及骨矿化能力，结果证实 NiTi 合金表现出了更好
层的微观形貌、化学组分及元素含量进行分析，并研究了 Cu 元素的掺杂对纳米孔涂层的润湿性影响；（2）评价各组试样的抗菌性能并分析探讨其抗菌机理；（3）评价各组试样对骨髓间充质干细胞的细胞毒性、分化及功能的影响；（4）评价各组试样的离子浸提液对成骨细胞功能的影响；（5）评价各组试样对内皮细胞粘附、增殖、NO 合成及 VEGF 分泌的影响。1.5.2 实验方案实验具体方案分为两大部分，一是试样制备及其表征，另一部分就是对制备出的试样进行生物学性能评估。首先对 NiTi 合金进行阳极氧化在其表面制备出纳米孔结构，然后通过电沉积方法将 Cu 元素负载到纳米孔结构中，随后对其表面涂层进行分析表征，最终通过体外细胞实验对涂层对的生物学性能进行评估。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Surface characteristics,corrosion behavior,and antibacterial property of Ag-implanted NiTi alloy[J]. Peng Luo,Sheng-Nan Wang,Ting-Ting Zhao,Yan Li. Rare Metals. 2013(02)
[2]三种心血管支架用金属材料的表面特性与生物相容性[J]. 吴锋,孟改利,董兵辉,刘保国,周益敏,付涛. 生物医学工程研究. 2012(02)
[3]NiTi合金的生物医用性能及其在医学领域的应用[J]. 王蕴贤,张小农,孙康. 稀有金属. 2006(03)
[4]NiTi形状记忆合金在生物医用领域的研究进展[J]. 耿芳,石萍,杨大智. 功能材料. 2005(01)
[5]生物医学材料的现状及发展(一)[J]. 顾汉卿. 中国医疗器械信息. 2001(01)
本文编号：2952286
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