钛合金表面微纳结构设计制造及其生物活性研究

发布时间：2017-05-14 16:23

  本文关键词：钛合金表面微纳结构设计制造及其生物活性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：生物医用钛合金因具有良好的物理力学性能,是目前应用最广泛的植入体材料。但钛合金表面具有生物惰性,导致植入体与周围组织结合速度慢、结合不够牢固,因此,改进钛合金植入体与人体的结合能力成为植入体应用中的关键问题。钛合金表面形貌影响到植入体与人体组织的结合,本文针对钛合金表面微纳结构的设计制造及其生物活性进行了系统研究。基于仿生理论研究了植入体表面微纳结构的尺度范围。通过对天然骨的表面结构进行表征发现：天然骨表面具有微凹坑和微沟槽等不规则结构,微凹坑直径50-200μm、深度30～50μm,微沟槽的宽度10～100μmm,组成骨的无机物颗粒尺寸则为纳米级。因此所设计的表面微凹坑直径为100μ,m,间距300gm,同时确定了纳米级结构尺度范围为1-100nm。研究了钛合金表面微米级微坑阵列结构的构建方法。分析了激光加工钛合金表面的影响参数,通过激光加工实验得到Q频率和电流与微凹坑形貌、深度的关系,确定表面微结构激光加工的优化参数为电流13A,Q频率3KHz。研究了多重酸蚀构建纳米尺度结构的方法。研究表明酸蚀不仅可将激光加工产生的熔渣完全去除,还可以在微米级阵列基础上生成纳米尺度结构,获得微纳复合结构表面。并通过超景深显微镜系统、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)和能谱分析(Energy Dispersive Spectrometer, EDS)等对表面进行表征及分析。研究了钛合金微纳结构表面的生物活性。通过模拟体液浸泡和细胞培养实验评价了多种表面的生物活性。发现激光加工加酸蚀处理获得的微纳结构表面有利于细胞的黏附和增殖,细胞铺展良好,伸出大量的丝状伪足与材料表面紧紧贴附,说明微纳复合结构表面具有较高的生物活性。
【关键词】：钛合金 植入体 表面微纳结构 激光加工 酸蚀
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.08;TG174.4
【目录】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 课题研究背景和研究意义13
• 1.2 植入体表面微纳结构对细胞及骨整合的影响研究现状13-17
• 1.2.1 植入体表面微纳结构对细胞的影响分析14-16
• 1.2.2 植入体表面微纳结构对骨整合的影响分析16-17
• 1.3 植入体表面微纳结构制造方法研究现状17-20
• 1.3.1 机械方法17-19
• 1.3.2 物理方法19
• 1.3.3 化学方法19-20
• 1.4 存在问题20
• 1.5 本文的主要研究内容20-23
• 第2章 人工植入体表面的仿生设计研究23-33
• 2.1 生物材料表面工程研究概述23-24
• 2.2 仿生学的概念及应用24-25
• 2.3 骨的多尺度分级结构研究25-30
• 2.3.1 骨的内部多尺度分级结构分析25-27
• 2.3.2 骨的表面多尺度结构观察与表征27-29
• 2.3.3 骨细胞及其与材料的界面反应机制研究29-30
• 2.4 基于仿生学的植入体表面微纳结构设计30-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第3章 钛合金表面微纳结构的制造与表征研究33-51
• 3.1 钛合金表面微结构的激光加工和参数优化研究33-41
• 3.1.1 激光加工理论和技术基础33-34
• 3.1.2 实验材料和参数34-36
• 3.1.3 结果与分析36-41
• 3.2 钛合金表面多重酸蚀处理41-48
• 3.2.1 微结构阵列加工与酸蚀41-43
• 3.2.2 微纳结构表征与熔渣去除分析43-48
• 3.3 本章小结48-51
• 第4章 钛合金表面徽纳结构对生物活性的影响研究51-71
• 4.1 体外成骨活性研究51-55
• 4.1.1 模拟体液的配制51-52
• 4.1.2 模拟体液浸泡实验52
• 4.1.3 羟基磷灰石生成分析52-55
• 4.2 细胞实验材料与设备55-58
• 4.2.1 细胞来源55
• 4.2.2 实验试剂及溶液配制55
• 4.2.3 实验设备55-56
• 4.2.4 钛合金试样的准备和分组56-58
• 4.3 细胞培养实验研究58-60
• 4.3.1 成骨细胞黏附实验58-59
• 4.3.2 成骨细胞增殖实验59-60
• 4.3.3 钛合金表面成骨细胞形态观察60
• 4.4 细胞实验结果与统计分析60-69
• 4.4.1 细胞黏附结果及分析60-62
• 4.4.2 细胞增殖结果及分析62-65
• 4.4.3 细胞形态及分析65-69
• 4.5 本章小结69-71
• 第5章 结论与展望71-73
• 5.1 结论71-72
• 5.2 展望72-73
• 参考文献73-79
• 攻读硕士期间取得的科研成果及奖励79-81
• 致谢81-82
• 学位论文评阅及答辩情况表82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 焦艳军;王珏;潘福勤;;纯钛种植体的2种表面处理对细菌黏附能力的影响[J];实用口腔医学杂志;2009年02期

  本文关键词：钛合金表面微纳结构设计制造及其生物活性研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：365680