多孔鈦合金表面鎂涂層改性及其成骨效應(yīng)研究.pdf

1、背景：
　　由于外傷、疾病等原因?qū)е碌墓侨睋p經(jīng)常需要金屬植入物的填充或金屬假體的替換。由于多孔鈦合金材料具有與骨組織相近的彈性模量、優(yōu)秀的力學(xué)性能以及良好的生物相容性，已經(jīng)成為目前醫(yī)用金屬植入物的研究熱點。但是，因為鈦合金屬于生物惰性金屬，其表面無生物活性，可能引起鈦合金植入物界面與骨組織界面整合不良，從而導(dǎo)致植入物的松動，脫落等。因此，表面生物惰性是多孔鈦合金成為理想骨科植入材料所必須克服的難題之一。
　　鎂合金由于具有可

2、降解性及多重的生物活性，一直被認為是一種革命性金屬材料。但是由于其在植入體內(nèi)后降解過快，降解后其力學(xué)性能會受到嚴重影響，導(dǎo)致鎂合金作為骨科金屬植入物的應(yīng)用受到限制。近年來，分別有大量關(guān)于如何提高鎂合金材料耐腐蝕性以及如何對鈦合金表面進行生物改性的研究報道，但是直接將鎂金屬作為生物可降解涂層制備于鈦合金材料表面的研究尚未見報道。鎂金屬涂層的制備方法，以及其是否具有成骨效應(yīng)和促進骨整合的能力都有待于進一步探索和研究。
　　目的：

3、>　　1.研究多孔鈦合金表面鎂涂層改性方法并評價鎂涂層的生物學(xué)特性。
　　2.探討多孔鈦合金鎂涂層改性材料對骨髓基質(zhì)干細胞（Bone Marrow Stromal Cells，BMSCs）增殖、分化的影響以及其成骨效應(yīng)及促進骨整合能力。
　　方法：
　　1.應(yīng)用電子束熔融技術(shù)（Electron Beam Melting，EBM）制備多孔鈦合金材料，采用脈沖偏壓電弧離子鍍技術(shù)(Pulsed Bias Arc Ion Pl

4、ating，PBAIP)在多孔鈦合金材料內(nèi)、外表面制備鎂金屬涂層。掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）觀察材料表面及孔隙內(nèi)部的涂層形態(tài)，能譜分析（Energy Dispersive Spectroscopy，EDS）檢測其元素組成，X線衍射(X-Ray Diffraction，XRD)分析涂層成分。
　　2.通過Ha nk’s溶液浸泡實驗，檢測隨鎂涂層的降解，浸泡溶液p H值及鎂離子濃

5、度的變化，并繪制pH值變化曲線及離子溶出曲線。
　　3.在體外分別使用實驗組（鎂涂層多孔鈦合金材料）、對照組（多孔鈦合金材料）兩種材料的浸提液及浸提介質(zhì)與大鼠 BMSCs聯(lián)合培養(yǎng)，分別于1、4、7天利用細胞計數(shù)試劑盒（Cell Counting Kit-8，CCK-8）檢測細胞增殖情況，并進行ALP染色，評估細胞分化程度。
　　4.將成年家兔24只，隨機分為2組，于股骨外側(cè)髁部制造直徑6 mm×深度8 mm的圓柱形骨缺損，分

6、別植入未涂層的多孔鈦合金（對照組）和鎂涂層多孔鈦合金（實驗組），于取材前注射四環(huán)素及鈣黃綠素熒光雙標骨小梁。于術(shù)后2、4、8周處死實驗動物，取材后采用Micro-CT檢測成骨及骨長入情況；硬組織切片后熒光顯微鏡下觀察熒光標記骨小梁測量鈣鹽沉積厚度；萬吉森染色（Van Gieson staining，VG染色)后光鏡下觀察材料周圍成骨情況及骨小梁與材料的整合狀況。
　　結(jié)果:
　　1.電鏡下鎂涂層致密且形態(tài)規(guī)則，與材料表面結(jié)合

7、良好，EDS結(jié)果顯示涂層由鎂元素組成，X線衍射結(jié)果顯示涂層組成成分為單相鎂金屬。
　　2. Hank’s溶液浸泡1天時，溶液初始pH值約為10，鎂離子溶出量約為50ppm，4天時，溶液pH值降至8左右，鎂離子溶出量降至10ppm。4天之后，兩者下降降速度均開始明顯減慢，7天時，溶液pH值逐漸穩(wěn)定在7.5左右，離子溶出量穩(wěn)定在約5ppm。
　　3.細胞實驗結(jié)果顯示，第4、7天時，實驗組材料的細胞增殖活性和分化程度均好于對照組，

8、增殖活性結(jié)果的差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），堿性磷酸酶（Alka line Phosphatase，ALP）染色結(jié)果提示，在4、7天時實驗組細胞分化情況均好于對照組。
　　4.術(shù)后4、8周，Micro-CT結(jié)果表明實驗組材料的周圍新生骨體積及材料孔隙內(nèi)部骨長入情況均明顯好于對照組，且實驗組材料周圍的新生骨體積占感興趣區(qū)域總體積的百分比顯著高于對照組材料（P<0.05）；術(shù)后4、8周，熒光顯微鏡觀察熒光雙標染色的骨小梁，實驗組