增强生物相容性的医用钛生物材料的研究

论文摘要

在医用金属材料中,钛由于其优秀的机械性能和耐腐蚀性,以及较低的弹性模量等特点,已经被广泛应用于骨组织替代材料领域。但是钛属于生物惰性材料,植入体内后需要较长时间才能与骨组织形成结构和功能上的重构,其生物相容性有待提高。生物材料的生物相容性与其表面性质密切相关,因而对医用钛进行表面改性是提高其生物相容性的有效途径。本研究分两部分,第一部分利用阳极氧化和微弧氧化两种电化学方法分别对医用钛材料进行表面改性。首先,我们较系统地研究了试样的预处理工艺以及阳极氧化的电解液组成、氧化电压工艺参数对阳极氧化效果的影响。结果表明,采用HF和HNO3（v:v=1:1）作为化学抛光液,可以有效地将钛表面原有的氧化膜快速均匀除去。当阳极氧化的电解液为H3PO4（0.5mol/L）和NaF（0.12mol/L）溶液,氧化电压为10V,氧化时间为20min时制备的氧化膜具有排列整齐、结构完整的纳米孔结构,平均孔径约为70nm,阳极氧化效果最佳。然后对微弧氧化表面改性方法进行研究,其最佳工艺参数为电解液成分Na2C3H5（OH）2PO4和Ca （CH3COO）2·3H2O浓度均为0.1mol/L,电流密度为15A/dm2,处理时间为4min,在此条件下可以制备出表面烧结致密、含有Ca、P元素、平均孔径约为7μm的多孔氧化层。生物学实验结果表明,阳极氧化和微弧氧化表面改性处理的医用钛能够促进成骨细胞MG-63纤维连接蛋白的表达,进而促进细胞在其表面的黏附和增殖,表明阳极氧化和微弧氧化处理能够增强钛的生物相容性。第二部分,我们利用药物缓释涂层对医用钛材料进行表面改性。基于药物缓释体系,以聚3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸酯（PHBV）和中药有效成分淫羊藿苷为原料,通过真空干燥使溶剂挥发的方法,在钛表面制备了淫羊藿苷/PHBV药物缓释涂层。结果表明经阳极氧化处理后的钛由于具有更粗糙的表面,能够提高涂层与钛基体的结合强度。当PHBV与三氯甲烷的比例为1:24（w/v）时,制备的药物缓释涂层表面平整,厚度约为70μm。体外细胞实验表明,相比于阳极氧化处理钛和PHBV涂层,含淫羊藿苷的PHBV涂层能够显著地促进成骨细胞MG-63在其表面增殖,并且随着涂层中淫羊藿苷含量的增加,促进细胞增殖的作用越明显。经证实,淫羊藿苷主要通过被细胞膜吸收促进细胞增殖,而不是通过溶解在培养液中发挥作用。结果表明此药物缓释涂层能够有效增强医用钛材料的生物相容性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 生物医用材料
• 1.1.1 生物医用材料的发展
• 1.1.2 生物医用材料的研究现状
• 1.1.3 生物医用材料的分类
• 1.1.4 生物医用材料的性能及评价
• 1.2 骨替换材料
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 陶瓷骨替换材料
• 1.2.3 金属骨替换材料
• 1.3 生物医用钛材料表面改性
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 机械方法表面改性
• 1.3.3 化学方法表面改性
• 1.3.4 物理方法表面改性
• 1.4 药物缓释体系
• 1.4.1 概述
• 1.4.2 药物缓释机理
• 1.4.3 中药有效成分
• 1.4.4 药物载体
• 1.5 研究内容及目的
• 第2章 电化学表面改性
• 2.1 前言
• 2.2 实验内容和方法
• 2.2.1 实验原料及设备
• 2.2.2 样品前处理
• 2.2.3 阳极氧化
• 2.2.4 微弧氧化
• 2.3 测试与表征
• 2.3.1 形貌分析方法
• 2.3.2 物相分析方法
• 2.3.3 生物相容性评价
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 化学抛光对阳极氧化的影响
• 2.4.2 电解液对阳极氧化的影响
• 2.4.3 电压对阳极氧化的影响
• 2.4.4 电流对阳极氧化的影响
• 2.4.5 微弧氧化
• 2.4.6 生物相容性评价
• 2.5 小结
• 第3章 淫羊藿苷/PHBV 药物缓释涂层表面改性
• 3.1 前言
• 3.2 实验内容和方法
• 3.2.1 实验原料及设备
• 3.2.2 淫羊藿苷/PHBV 缓释涂层的制备
• 3.3 测试与表征
• 3.3.1 形貌分析方法
• 3.3.2 涂层附着力测试
• 3.3.3 表面接触角测定
• 3.3.4 生物相容性评价
• 3.4 实验结果
• 3.4.1 基体材料对涂层的影响
• 3.4.2 结合强度
• 3.4.3 涂层形貌
• 3.4.4 表面亲水性
• 3.4.5 细胞形貌
• 3.4.6 细胞增殖
• 3.4.7 涂层浸提液
• 3.5 实验讨论
• 3.6 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢