生物活性陶瓷-鈦復(fù)合植入體的構(gòu)建及性能研究.pdf

1、本文研究是國家自然科學(xué)基金重點項目(50235020)的一部分,其最終目的是構(gòu)建具有生物活性的硬組織置換體或修復(fù)體.它們應(yīng)當(dāng)具有一定的承載能力,又具有一定的生物活性,植入人體后實現(xiàn)無生命物質(zhì)與有生命物質(zhì)或半生命物質(zhì)的結(jié)合.作為項目的基礎(chǔ)研究部分,本文在生物活性陶瓷與醫(yī)用金屬復(fù)合方面,生物活性陶瓷/多孔金屬復(fù)合植入體單元的構(gòu)建及其生物學(xué)性能方面,以及局部活性化置換體或修復(fù)體的設(shè)計方面做了有益的探索研究. 在該文研究中,著重開展了如

2、下五個方面的工作: 首先,采用兩種醇基溶膠一凝膠法,分別以亞磷酸三乙酯與四水硝酸鈣(簡稱TP法)和磷酸與四水硝酸鈣(簡稱PA法)作為鈣和磷的前驅(qū)體,制備了羥基磷灰石(HA,Ca<,10>(PO<,4>)<,6>(OH)<,2>)粉體和涂層,并進行了分析和表征.得到如下結(jié)論:(1)TP法在較低的煅燒溫度下(350℃)即可生成較為理想的HA晶體,在較高煅燒溫度(700℃)下有部分分解,形成少量β-TCP.PA法在較低的煅燒溫度下(3

3、50℃)無法形成HA晶體,在700℃形成的HA晶體較為純凈,無分解;(2)兩種制備方法均能在500℃生成較為理想的HA涂層.PA法制備的涂層中HA晶體顆粒較大100-200nm,而TP法制備的涂層中HA晶體顆粒較小約為30-50nm,表面相對前者更加平整;(3)700℃煅燒后的兩種自制的粉體和700℃煅燒后的人體皮質(zhì)骨粉體相比,結(jié)構(gòu)羥基較強.它們的XRD圖譜與標準HA(JCPDS＃74-566)相比,主要衍射峰值位置和相對峰強與標準HA

4、基本符合,僅存在較細微的差別.各衍射峰對應(yīng)的晶面間距的變化都具有協(xié)調(diào)一致性,即由TP法HA→PA法HA→人骨HA→標準HA的順序由大到小變化. 第二,采用溶膠.凝膠法制備了HA/YiO<,2>復(fù)合涂層,并進行了分析、測試及生物活性研究,得到如下結(jié)論:(1)經(jīng)450℃、550℃和650℃熱處理后涂層均具有較好的結(jié)晶態(tài),厚度均勻、致密,與金屬基底結(jié)合緊密.表面形貌為HA顆粒鑲嵌在大小和分布均勻的納米TiO<,2>的膠質(zhì)之中;(2)拉

5、伸試驗結(jié)果表明,經(jīng)450℃、550℃和650℃煅燒后的HA/TiO<,2>涂層均具有較為理想的結(jié)合強度,平均結(jié)合強度值均大于33:MPa,且涂層強度隨著溫度的升高有增加的趨勢;(3)該三種煅燒溫度下的HA/TiO<,2>涂層均能在SBF中誘導(dǎo)類骨磷酸鈣的生成.與單純的TiO<,2>涂層形成的鈣磷沉積層相比,具有較小的球狀顆粒尺寸;(4)HA/TiO<,2>涂層表面對CHA的沉積能力隨煅燒溫度的上升有所降低. 第三,使用自制的往復(fù)

6、試驗機,在6.5cm/s的滑動速度和不同載荷(1N和2N)下對溶膠.凝膠法制備的HA和二氧化鈦涂層,以及HA/TiO<,2>復(fù)合涂層進行了摩擦學(xué)性能的研究.結(jié)果顯示:(1)由兩種不同工藝路線制備的HA涂層的抗磨性有一定的差異,但它們的抗磨性均差于納米晶體TiO<,2>涂層;(2)HA/TiO<,2>復(fù)合涂層的抗磨性與兩者的復(fù)合方式有關(guān).由亞微米級HA粉體分散于TiO<,2>溶膠中而形成的Ha/TiO<,2>復(fù)合涂層的抗磨性介于兩種HA涂

7、層之間,而通過兩種溶膠直接混合制備的無定型HA/TiO<,2>復(fù)合涂層則具有非常優(yōu)越的減磨和抗磨性能;(3)磨損機理主要為磨粒磨損和斷裂破壞的共同作用. 第四,制備了HA/多孔鈦等復(fù)合植入體單元,并對其生物學(xué)性能進行了研究.(1)采用FPM-Ti300-425岬的微鈦球經(jīng)真空燒結(jié)制備了多孔鈦單元和采用直徑約為700μm的CoCrMo微球制備了多孔CoCrMo單元.采用溶膠.凝膠法制備了HA/多孔鈦(HA/TiO<,2>/多孔鈦)

8、和HA/多孔CoCrMo; (2)對術(shù)后1、3和5周兔股骨髁內(nèi)HA/多孔鈦復(fù)合植入體單元進行推出試驗,并研究了骨-植入體的斷裂界面.結(jié)果顯示,隨著植入時間的增加,剪切強度較快遞增,植入體-骨的斷裂界面上,組織形態(tài)發(fā)生了較大的變化,表現(xiàn)為組織變得致密以及厚度增加,并逐漸鈣化,形成骨組織; (3)將純多孔鈦、HA/多孔鈦和HA/TiO<,2>/多孔鈦分別植入兔股骨髁內(nèi)13周后對比了骨-植入體的界面情況.結(jié)果顯示,純多孔鈦的較多微球表面與新生

9、骨組織間具有明顯的間隙和纖維組織隔層,界面上的新生骨組織的鈣化程度較差,而HA/多孔鈦和Ha/TiO<,2>/多孔鈦的微球表面與新生骨組織間形成了骨性結(jié)合,界面上的新生骨組織的鈣化程度較好;(4)HA/多孔CoCrMo植入新西蘭兔股骨髁內(nèi)13周后,其與新生骨組織間形成了骨性結(jié)合,新生骨組織在孔隙內(nèi)的生長,界面結(jié)合牢固. 第五,為動物.(豬)下頜骨缺損修復(fù)設(shè)計了實驗用局部生物活性化金屬鈦復(fù)合植入體.為在動物體內(nèi)模擬體部缺損狀態(tài),根