鈦基納米棒陣列及其表面涂層的制備和生物相容性研究.pdf

1、移植材料的表面特性如表面形貌、表面化學(xué)組成和表面生物學(xué)成分在細(xì)胞對材料的生物學(xué)反應(yīng)和材料對周圍生理環(huán)境的反應(yīng)方面起著重要的決定作用。鈦金屬及其合金由于具有較高的生物相容性、抗腐蝕性和良好的力學(xué)性能，已廣泛應(yīng)用于牙科和骨科領(lǐng)域。為了進(jìn)一步提高材料的生物相容性，對鈦金屬及其合金的表面改性已經(jīng)成為近幾年研究的熱點(diǎn)。鈦金屬及其合金的表面改性方法包括表面形貌修飾和表面化學(xué)修飾。鈦金屬材料表面形貌修飾的方法主要是表面納米化，而表面化學(xué)修飾的方法是采

2、用涂層技術(shù)。通過兩種改性方法制備的生物材料能夠顯著提高細(xì)胞的黏附、增殖和分化能力，因此生物材料表面的形貌和化學(xué)修飾就變得尤為重要。
　　 基于以上研究背景，本論文首先調(diào)整鈦金屬基底的表面形貌，采用水熱法在鈦基底表面分別制備了二氧化鈦納米棒和氧化鋅納米棒，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步調(diào)整材料表面化學(xué)成分。生物惰性材料氧化鋯具有較好的表面粗糙度和生物相容性，并且在生理環(huán)境下不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，能保持長期穩(wěn)定，因此本文在二氧化鈦納米棒表面修飾了氧

3、化鋯涂層，制備出二氧化鈦納米棒和氧化鋯復(fù)合材料;天然骨組織中的無機(jī)成分主要是羥基磷灰石，其具有良好的生物相容性，所以本文在二氧化鈦納米棒表面修飾了另外一種生物活性材料羥基磷灰石，制備出二氧化鈦納米棒和羥基磷灰石的復(fù)合材料;高分子聚合物聚乳酸不僅能夠提高材料的生物相容性，而且能夠在生物體內(nèi)自然降解。本文在另外一種納米陣列材料（氧化鋅納米棒）表面修飾了聚乳酸涂層，制備了氧化鋅納米棒和聚乳酸的復(fù)合材料。另外，本文還對以上材料進(jìn)行了生物學(xué)性能評

4、價(jià)，研究了這些移植材料的生物相容性。具體工作如下:
　　 (1)為了制備出生物相容性更加優(yōu)越的材料，本文對純鈦片表面進(jìn)行調(diào)整，制備了二氧化鈦納米棒和氧化鋯復(fù)合材料，并對材料的形貌、親水性和晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，通過Hala癌細(xì)胞實(shí)驗(yàn)來評價(jià)材料的生物學(xué)性能。結(jié)果表明隨著培養(yǎng)時(shí)間的增長，復(fù)合材料表面的細(xì)胞數(shù)量增多，并且表現(xiàn)出較好的黏附行為，出現(xiàn)了絲狀偽足，細(xì)胞幾乎鋪滿整個(gè)材料表面。通過對比細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)二氧化鈦納米棒比純鈦片具有

5、更好的生物相容性，而修飾了氧化鋯的復(fù)合材料具有最好的生物相容性。從生物學(xué)評價(jià)結(jié)果來看，這種材料適用于硬組織骨替代材料。
　　 (2)材料表面的化學(xué)組成對材料的生物相容性起著決定作用，本文采用羥基磷灰石涂層調(diào)整二氧化鈦納米棒的表面特性，制備了二氧化鈦納米棒和羥基磷灰石的復(fù)合材料。首先對材料的形貌、晶體結(jié)構(gòu)和元素成分進(jìn)行分析，然后通過Hala癌細(xì)胞的黏附、增殖和分化來評價(jià)材料的生物相容性。
　　 (3)為了進(jìn)一步提高材料的生

6、物相容性，本文以純鈦片為基底制備了氧化鋅納米棒和聚乳酸的復(fù)合材料。氧化鋅納米棒具有取向性良好的陣列結(jié)構(gòu)，納米棒之間的空隙能夠?yàn)闋I養(yǎng)物質(zhì)的流動(dòng)提供通道。高分子聚合物外消旋聚乳酸(PDLLA)具有生物相容性，并且能夠在體內(nèi)降解，力學(xué)性能穩(wěn)定。聚乳酸涂層的修飾能顯著提高材料的生物相容性，誘導(dǎo)骨的生成，同時(shí)能夠在體內(nèi)降解為無毒性的物質(zhì)。本文首先對材料的形貌和組成成分進(jìn)行分析，然后對材料進(jìn)行生物學(xué)評價(jià)。結(jié)果表明細(xì)胞在復(fù)合材料表面比氧化鋅納米棒表面