医用钛合金表面硼化钽涂层对BMSCs体外成骨分化的影响

发布时间：2020-03-18 07:49

【摘要】：研究背景:骨科生物材料是指用于修复或替换人体损伤骨组织的生物材料,其目的是重塑骨的解剖结构、恢复骨的功能。理想的骨科生物材料不仅应满足一定的力学支撑和抗体液腐蚀性能,还应具有良好的生物相容性和生物活性。医用钛合金(Ti6Al4V)是目前应用最广泛的骨科修复材料,因其具有良好的力学支撑及一定的耐腐蚀性。但Ti6Al4V自身仍存在的一些不足,如Ti6Al4V材料属于生物惰性材料,缺乏诱导骨生成的作用,从而导致假体周围骨整合不良,假体使用寿命受限。此外,骨髓中的未分化细胞骨髓间充质干细胞(BMSCs)是骨再生的重要细胞来源。因此,对Ti6Al4V表面进行功能化改性,增强其对BMSCs成骨分化的诱导作用,成为骨科生物材料研究的热点。金属钽(Ta)因具有良好的生物相容性而被广泛应用于医学领域。为进一步增强Ta的骨诱导性,Ta的非金属化合物涂层受到广泛关注,如氮化钽(TaN)涂层、碳化钽(TaC)涂层等,具有良好的耐腐蚀性及生物相容性,能够增强细胞的黏附及细胞成骨方向转化等。此外,硼元素(B)对人骨骼健康有重要作用,且硼化钽(B-Ta)涂层被证实具有良好的耐腐蚀性能,但有关B-Ta涂层生物学性能的研究仍是空白。研究目的:探讨B-Ta涂层对BMSCs生物学行为及体外成骨分化的影响。研究方法:通过磁控溅射技术在医用钛合金(Ti6Al4V,TC4)表面和纯硅片表面沉积纯Ta涂层和B-Ta涂层,并利用X射线衍射(XRD)和透射电子显微(TEM)对TC4、Ta涂层和B-Ta涂层进行表征。分离并体外培养兔BMSCs,将BMSCs接种在各组钛片表面,利用体外实验评价并比较BMSCs细胞在TC4、Ta涂层及B-Ta涂层表面黏附、增殖及成骨分化的情况:LIVE/DEAD细胞染色分析细胞毒性;荧光染色观察细胞骨架及扫描电子显微镜观察细胞形态分析细胞黏附情况;CCK-8法检测细胞增殖情况;碱性磷酸酶(ALP)染色,ALP活性定量及茜素红染色分析BMSCs体外成骨分化。研究结果:本研究通过磁控溅射技术成功在TC4表面沉积了纯Ta涂层及B-Ta涂层,涂层的表征显示,B-Ta涂层具有与富硼结构Ta_3B_4一致的物相结构。细胞毒性分析显示,Ta涂层及B-Ta涂层均未增加材料的细胞毒性。细胞黏附实验显示,BMSCs细胞骨架在B-Ta涂层表面伸展良好,且B-Ta涂层表面的BMSCs细胞有更丰富的丝状伪足。细胞增殖实验显示,B-Ta涂层表面细胞数量高于对照组的细胞数量。ALP染色及ALP活性定量显示,B-Ta涂层可以上调细胞内ALP的表达。茜素红染色显示,B-Ta涂层促进了钙结节的沉积。研究结论:本研究证明,通过磁控溅射技术可以在钛合金表面成功制备完全覆盖基底的Ta_3B_4涂层,该涂层细胞毒性较小,并可以有效增强BMSCs在涂层上的黏附、增殖以及成骨分化。综上,B-Ta涂层有望成为骨科植入物表面改性的新方法。
【图文】：

图 1.1 磁控溅射原理示意图：（A）电子受电场和磁场的限制在阴极附近加速运动的情况[36]；（B）氩原子与高速电子发生碰撞形成氩离子，氩离子加速后又轰击靶材，，溅射出大量中性的靶材原子（或分子）沉积在基底材料上[38]。

骨髓局部结构示意图
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.08;R68

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 李鲁生;张涵;王成俊;程洪斌;安沂华;;骨髓间充质干细胞的分离方法和生物学特性[J];中国组织工程研究与临床康复;2010年10期

2 于翔;王成彪;刘阳;于德洋;邢廷炎;;Recent Developments in Magnetron Sputtering[J];Plasma Science and Technology;2006年03期

本文编号：2588449