鎂基生物材料的表面改性和生物相容性研究.pdf

1、生物材料與人類身體健康水平和生活質(zhì)量息息相關(guān)，已成為各國經(jīng)濟發(fā)展新的增長點。鎂基材料有著優(yōu)越的生物相容性和力學(xué)相容性，并具可腐蝕降解，有望成為可降解的金屬硬組織替代材料，成為了生物材料領(lǐng)域新的研究熱點。
　　本研究以鎂基材料為對象，對99.99％的純鎂（4N-Mg）以及Mg-Ca系合金在仿生體液中腐蝕降解過程和機制進(jìn)行了研究。為改善其腐蝕行為和生物活性，對其進(jìn)行了硬脂酸自組裝膜改性處理，并對改性工藝機理和改性后的腐蝕行為進(jìn)行探討。

2、為評價鎂基材料的生物相容性和成骨行為，對鎂基材料進(jìn)行了溶血率、細(xì)胞毒性等體外相容性評價以及全身急性毒性和骨植入試驗的體內(nèi)相容性評價。
　　方法：
　　①使用模擬人體生理環(huán)境的仿生體液（SBF），對鑄態(tài)4N-Mg和自行熔煉的鑄態(tài)Mg-Ca系合金進(jìn)行體外浸泡研究。利用XRD、SEM、EDS、FTIR、原子吸收光譜、電化學(xué)分析系統(tǒng)等設(shè)備和手段，分析討論其腐蝕過程、速度和機制。
　?、谑褂糜仓嶙越M裝膜（SAM）改性方法對4N

3、-Mg以及Mg-0.88Ca進(jìn)行改性處理研究。首先通過正交試驗篩選了包括試樣的前處理方法、硬脂酸濃度和在硬脂酸乙醇溶液中的浸泡時間等工藝參數(shù)并進(jìn)行驗證；然后對所選用的高濃度短時間浸泡的方法與傳統(tǒng)的低濃度長時間浸泡方法進(jìn)行對比研究，并比較了SAM改性后再進(jìn)行超聲清洗的改性層的抗腐蝕性能。以最優(yōu)工藝對4N-Mg以及Mg-0.88Ca進(jìn)行改性處理，對改性后試樣的腐蝕過程進(jìn)行研究。
　?、蹖AM改性前后的4N-Mg和Mg-0.88Ca材

4、料的浸提液以及未處理4N-Mg浸提液的稀釋液，依照ISO10993.4的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行溶血率測試，并分析pH值、溶液中的鎂離子濃度與溶血率關(guān)系。
　　④以L929成纖維細(xì)胞和MC-3T3E1成骨細(xì)胞與4N-Mg和Mg-0.88Ca材料的浸提液和未處理4N-Mg浸提液的稀釋液，進(jìn)行MTT細(xì)胞毒性測試，并測定稀釋浸提液中的鎂離子濃度。再以成骨細(xì)胞與 SAM改性前后的4N-Mg和Mg-0.88Ca材料共培養(yǎng)，討論材料對細(xì)胞增殖和活性狀態(tài)的影響

5、。
　　⑤對SAM改性前后4N-Mg浸提液作全身急性毒性試驗，以純種小白鼠為對象施以腹腔注射，給藥后7d內(nèi)觀察小鼠的癥狀和活動狀況以及體重變化。
　?、迣AM改性前后的4N-Mg和Mg-0.88Ca材料以及Ti6Al4V對照樣植入白兔股骨，植入后各組2周、6周、12周時任取1只處死。進(jìn)行X線片檢查，血鎂濃度測試，并對標(biāo)本進(jìn)行掃描電鏡（SEM）觀察、能譜分析（EDS）以及組織切片光鏡觀察。
　　結(jié)果：
　　①未處

6、理4N-Mg和Mg-Ca系合金研究
　　1）Mg-0.88Ca、Mg-1.42Ca、Mg-2.0Ca三種鎂鈣合金中，鈣含量最低的Mg-0.88Ca在SBF中顯示較好的耐腐蝕性，4N-Mg顯示更強的腐蝕抗力；4N-Mg及 Mg-0.88Ca損傷形式主要是腐蝕坑和網(wǎng)狀裂紋，后者在個別處有顆粒腐蝕脫落的局部不均勻腐蝕現(xiàn)象；試樣表面被Mg(OH)2、HA、CaMg(CO3)2等白色顆粒和微小的半球狀的沉積物覆蓋。
　　2）E-pH圖

7、分析表明，當(dāng)pH值超過11.38后純鎂才進(jìn)入到鈍化區(qū)。SBF中HCO3-、HPO42-等陰離子也可以與鎂發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致其腐蝕。4N-Mg及Mg-0.88Ca材料細(xì)胞毒性滿足要求，沒有引起全身急性毒性反應(yīng)，但溶血率不合要求。
　　②在0.5 mol/L硬脂酸乙醇溶液中浸泡1.5h所得自組裝膜經(jīng)過超聲清洗后，對4N-Mg及Mg-0.88Ca的抗腐蝕行為有明顯提高。其耐蝕性要優(yōu)于在稀溶液中長時間浸泡所得膜層，并顯示出更好的生物活性。其細(xì)胞

8、毒性和溶血率均滿足對生物材料的要求。對成骨細(xì)胞增殖的促進(jìn)作用超過未處理試樣，沒有引起全身急性毒性反應(yīng)。
　?、墼诒緦嶒灄l件下，當(dāng)pH值不超過10.61，Mg2+濃度不超過42mg/L時，溶液的溶血率不超過5%。Mg2+濃度小于202.5mg/L滿足細(xì)胞毒性要求，而Mg2+為不超過156.2mg/L的稀釋浸提液對成骨細(xì)胞增殖顯示出促進(jìn)作用。
　?、芄莾?nèi)植入試驗中，動物血鎂濃度均在正常值范圍之內(nèi)。鎂基植入材料顯示出較好的骨結(jié)合性