多孔钛合金表面镁涂层改性及其成骨效应研究

发布时间：2017-05-19 09:01

  本文关键词：多孔钛合金表面镁涂层改性及其成骨效应研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：背景:由于外伤、疾病等原因导致的骨缺损经常需要金属植入物的填充或金属假体的替换。由于多孔钛合金材料具有与骨组织相近的弹性模量、优秀的力学性能以及良好的生物相容性,已经成为目前医用金属植入物的研究热点。但是,因为钛合金属于生物惰性金属,其表面无生物活性,可能引起钛合金植入物界面与骨组织界面整合不良,从而导致植入物的松动,脱落等。因此,表面生物惰性是多孔钛合金成为理想骨科植入材料所必须克服的难题之一。镁合金由于具有可降解性及多重的生物活性,一直被认为是一种革命性金属材料。但是由于其在植入体内后降解过快,降解后其力学性能会受到严重影响,导致镁合金作为骨科金属植入物的应用受到限制。近年来,分别有大量关于如何提高镁合金材料耐腐蚀性以及如何对钛合金表面进行生物改性的研究报道,但是直接将镁金属作为生物可降解涂层制备于钛合金材料表面的研究尚未见报道。镁金属涂层的制备方法,以及其是否具有成骨效应和促进骨整合的能力都有待于进一步探索和研究。目的:1.研究多孔钛合金表面镁涂层改性方法并评价镁涂层的生物学特性。2.探讨多孔钛合金镁涂层改性材料对骨髓基质干细胞(Bone Marrow Stromal Cells,BMSCs)增殖、分化的影响以及其成骨效应及促进骨整合能力。方法:1.应用电子束熔融技术(Electron Beam Melting,EBM)制备多孔钛合金材料,采用脉冲偏压电弧离子镀技术(Pulsed Bias Arc Ion Plating,PBAIP)在多孔钛合金材料内、外表面制备镁金属涂层。扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)观察材料表面及孔隙内部的涂层形态,能谱分析(Energy Dispersive Spectroscopy,EDS)检测其元素组成,X线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)分析涂层成分。2.通过Hank’s溶液浸泡实验,检测随镁涂层的降解,浸泡溶液p H值及镁离子浓度的变化,并绘制p H值变化曲线及离子溶出曲线。3.在体外分别使用实验组(镁涂层多孔钛合金材料)、对照组(多孔钛合金材料)两种材料的浸提液及浸提介质与大鼠BMSCs联合培养,分别于1、4、7天利用细胞计数试剂盒(Cell Counting Kit-8,CCK-8)检测细胞增殖情况,并进行ALP染色,评估细胞分化程度。4.将成年家兔24只,随机分为2组,于股骨外侧髁部制造直径6 mm×深度8mm的圆柱形骨缺损,分别植入未涂层的多孔钛合金(对照组)和镁涂层多孔钛合金(实验组),于取材前注射四环素及钙黄绿素荧光双标骨小梁。于术后2、4、8周处死实验动物,取材后采用Micro-CT检测成骨及骨长入情况;硬组织切片后荧光显微镜下观察荧光标记骨小梁测量钙盐沉积厚度;万吉森染色(Van Gieson staining,VG染色)后光镜下观察材料周围成骨情况及骨小梁与材料的整合状况。结果:1.电镜下镁涂层致密且形态规则,与材料表面结合良好,EDS结果显示涂层由镁元素组成,X线衍射结果显示涂层组成成分为单相镁金属。2.Hank’s溶液浸泡1天时,溶液初始p H值约为10,镁离子溶出量约为50 ppm,4天时,溶液p H值降至8左右,镁离子溶出量降至10 ppm。4天之后,两者下降降速度均开始明显减慢,7天时,溶液p H值逐渐稳定在7.5左右,离子溶出量稳定在约5 ppm。3.细胞实验结果显示,第4、7天时,实验组材料的细胞增殖活性和分化程度均好于对照组,增殖活性结果的差异具有统计学意义(P0.05),碱性磷酸酶(Alkaline Phosphatase,ALP)染色结果提示,在4、7天时实验组细胞分化情况均好于对照组。4.术后4、8周,Micro-CT结果表明实验组材料的周围新生骨体积及材料孔隙内部骨长入情况均明显好于对照组,且实验组材料周围的新生骨体积占感兴趣区域总体积的百分比显著高于对照组材料(P0.05);术后4、8周,荧光显微镜观察荧光双标染色的骨小梁,实验组材料周围新生骨小梁钙盐沉积厚度值较对照组更大(P0.05);VG染色结果表明实验组材料周围骨组织生成情况及骨整合情况均好于对照组,实验组材料的骨长入情况较好,且实验组材料周围的矿化骨面积占感兴趣区域总面积的百分比显著高于对照组材料(P0.05)。结论:采用PBAIP技术在多孔钛合金表面制备的镁涂层具有良好的生物活性,其有利于BMSCs的增殖、分化,可促进新骨生成并且具备良好的骨诱导及骨整合效果。
【关键词】：多孔钛合金 镁 表面改性 成骨 骨整合
【学位授予单位】：第四军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.08;R687
【目录】：

• 缩略语表5-6
• 中文摘要6-9
• 英文摘要9-13
• 前言13-14
• 文献回顾14-25
• 实验一 多孔钛合金表面镁涂层改性材料的制备及生物学特性的研究25-40
• 1 材料与方法25-31
• 1.1 实验试剂及设备25-26
• 1.2 多孔钛合金基体材料的设计制备26-27
• 1.3 多孔钛合金材料表面镁涂层的制备27-29
• 1.4 镁涂层表征检测29
• 1.5 镁涂层降解特性检测29
• 1.6 镁涂层多孔钛合金对细胞增殖、分化影响的研究29-31
• 1.7 统计学分析31
• 2 结果31-36
• 2.1 扫描电镜、能谱分析及X线衍射检测结果31-32
• 2.2 Hank’s溶液浸泡结果32-33
• 2.3 细胞增殖活性检测结果33-34
• 2.4 ALP染色结果34-36
• 3 讨论36-40
• 实验二 多孔钛合金表面镁涂层改性材料的成骨效应研究40-52
• 1 材料与方法40-44
• 1.1 实验试剂及设备40-41
• 1.2 实验材料制备41-42
• 1.3 动物建模42
• 1.4 标本取材与处理42-43
• 1.5 统计学处理43-44
• 2 结果44-48
• 2.1 大体观察结果44
• 2.2 显微CT检测结果44-45
• 2.3 荧光显微镜检测结果45-46
• 2.4 组织学观察结果46-48
• 3 讨论48-52
• 小结52-53
• 参考文献53-63
• 个人简历和研究成果63-64
• 致谢64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 吴立鸿;王利国;王盼;关绍康;;Mg-7.0Al-0.2Zn合金的超塑性及其变形机制(英文)[J];稀有金属材料与工程;2010年02期

2 于国宁;潘锋;闻久全;蒋阅;张二林;范广宇;;镁合金体内植入生物安全性的初步研究[J];中国矫形外科杂志;2008年13期

  本文关键词：多孔钛合金表面镁涂层改性及其成骨效应研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：378226