純鈦表面梯度涂層或塑性變形納米化對(duì)生物相容性的影響.pdf

1、目的: 醫(yī)用生物材料表面修飾可提高材料的生物相容性。純鈦是目前臨床最常用的醫(yī)用生物材料之一，但生物相容性不足；通過表面修飾提高純鈦的生物相容性是目前研究的熱點(diǎn)之一。本研究目的是在應(yīng)用新型的塑性變形和低溫?zé)Y(jié)技術(shù)，使純鈦表面產(chǎn)生納米化結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，觀察表面納米化純鈦生物相容性的變化，從而為新型醫(yī)用內(nèi)植材料研制、開發(fā)以及應(yīng)用提供理論支持和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 材料和方法: 1、純鈦表面納米梯度涂層的制備、表征和生物相容性的檢測(cè)：

2、 應(yīng)用低溫?zé)Y(jié)技術(shù)在純鈦表面制備羥基磷灰石/生物玻璃梯度涂層，再經(jīng)過模擬體液的浸泡，最后產(chǎn)生納米化的涂層表面。應(yīng)用掃描電鏡、X射線衍射儀對(duì)梯度涂層材料表面進(jìn)行檢測(cè)，用抗拉試驗(yàn)測(cè)試梯度涂層與鈦基底之間的結(jié)合強(qiáng)度。體外觀察人成骨樣細(xì)胞系(Saos-2)在涂層表面的黏附、增殖。將上述材料制備的種植釘24枚分別植入12只新西蘭兔股骨髁，用同型號(hào)未處理的純鈦釘作為對(duì)照。分別于術(shù)后1mon、3mon、6mon行X線攝片，處死動(dòng)物切取標(biāo)本；硬

3、組織切片和磨片，通過觀察四環(huán)素?zé)晒鈽?biāo)記，確定種植釘周圍新生骨的多少。行硬組織切片的苦味酸-品紅染色，觀察界面愈合、骨沉積和種植體-骨界面骨結(jié)合情況。 2、純鈦表面塑性變形納米化結(jié)構(gòu)的制備、表征及其生物相容性的研究： 10 mm×10 mm×1 mm大小規(guī)格的醫(yī)用鈦板，應(yīng)用SNC-I金屬材料表面納米化試驗(yàn)機(jī)，在一定條件下，分別進(jìn)行不同時(shí)間的處理。 根據(jù)塑形變形處理時(shí)間不同分為：30 min組(n=6)、60min組

4、(n=6)和90 min組(n=6)，另設(shè)未處理純鈦為對(duì)照組(n=6)；應(yīng)用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、透射電鏡、激光共聚焦顯微鏡、動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試儀等對(duì)塑性變形材料進(jìn)行表征。以人成骨樣細(xì)胞系(Saos-2)細(xì)胞為對(duì)象，應(yīng)用激光共聚焦顯微鏡和熒光顯微鏡進(jìn)行細(xì)胞黏附、細(xì)胞骨架蛋白和形態(tài)的觀察和檢測(cè)；四唑溴鹽(MTT)法檢測(cè)細(xì)胞增殖狀況；RT-PCR法檢測(cè)細(xì)胞骨分化相關(guān)基因BMP-4的表達(dá)。SAS6.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析。

5、結(jié)果: 1、低溫?zé)Y(jié)制備的納米羥基磷灰石/生物玻璃梯度涂層為多孔粗糙結(jié)構(gòu)，涂層表面羥基磷灰石晶體為不規(guī)則的短柱狀，尺寸為100 nm以下。涂層基底部與鈦形成致密結(jié)合，無微細(xì)裂紋，抗拉試驗(yàn)顯示梯度涂層與鈦結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到35.5±3.5 Mpa。人成骨樣細(xì)胞系（Saos-2）在涂層表面黏附、增殖明顯優(yōu)于對(duì)照組。動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)示梯度涂層種植釘與周圍骨形成良好的骨整合，周圍新生骨明顯增多。 2、鈦板在鋼球彈丸直徑8 mm、振動(dòng)頻率5

6、0 Hz、真空和室溫條件下，分別進(jìn)行30 min、60 min和90 min的處理，得到試驗(yàn)所用材料。純鈦表面塑性變形處理30～90 min時(shí)，粗糙度為10～100 μm，在大孔內(nèi)有粒徑30～100 nm的小孔和晶體顆粒，粒徑范圍約30～100 nm。塑性變形納米化純鈦的X射線衍射峰強(qiáng)度降低，衍射峰寬化，彈性模量下降了20％左右。塑性變形60 min和90 min能在純鈦表面獲得良好的表面納米化結(jié)構(gòu)。納米化純鈦表面結(jié)構(gòu)顯著促進(jìn)細(xì)胞黏附(

7、P<0.05)，60 min組材料的細(xì)胞鋪展要優(yōu)于其它組；處理組材料表面細(xì)胞肌動(dòng)蛋白絲規(guī)律性沿著細(xì)胞的長(zhǎng)軸方向分布,塑性變形60 min純鈦表面細(xì)胞較為典型。60min組和90min組細(xì)胞的BMP-4表達(dá)高于對(duì)照組(P<0.05)。 結(jié)論: 純鈦表面通過梯度涂層和塑性變形能形成納米化結(jié)構(gòu)；該類結(jié)構(gòu)能明顯提高成骨樣細(xì)胞在其表面的黏附、增殖等。梯度涂層納米化表面修飾能促進(jìn)種植釘?shù)墓钦夏芰Α?表明納米化結(jié)構(gòu)有較好的組織相容性