發(fā)布時間：2018-12-11 20:57

【摘要】：生物材料是一個多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域,是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中的重要科技問題,已成為國內(nèi)外研究的熱點之一。作為生物材料的典型代表,牙種植體材料成為目前臨床和科研最為關(guān)注的焦點領(lǐng)域。種植體的表面處理方式對于提高種植成功率起著至關(guān)重要的作用。目前市場上各類產(chǎn)品的種植體表面處理方式多種多樣,不同的處理方法均具有其各自的優(yōu)缺點,但其共同的目標(biāo)是形成粗糙表面,使其具有更好的骨結(jié)合能力和生物活性。種植體表面特性是直接影響骨整合過程骨結(jié)合率的主要因素之一,對于提高種植體的成功率有十分重要的意義和臨床價值。多年來學(xué)者們也一直在努力找尋最佳種植體表面處理方式,以達(dá)到最佳的種植體-骨結(jié)合界面。早期學(xué)者提出的機(jī)械表面處理的鈦種植體有植入早期難與組織形成化學(xué)結(jié)合、骨結(jié)合形成慢、愈合期較長等諸多缺點。故目前口腔種植體表面處理方式的研究熱點是采用不同處理工藝改變種植體表面的物理和化學(xué)性質(zhì),促進(jìn)種植體早期形成骨結(jié)合,從而保證種植體的長期功能。 純鈦種植體表面微弧氧化復(fù)合噴砂酸蝕處理,是指通過改變表面處理工藝條件設(shè)計,調(diào)整氧化膜的結(jié)構(gòu)、元素組成及生物特性,從而實現(xiàn)膜層的最佳的生物學(xué)效果。該技術(shù)還具有工藝簡單、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等特點,值得進(jìn)一步論證并應(yīng)用于臨床廣泛推廣。為此本文擬在以下幾方面開展研究： 材料和方法： 第一部分：不同表面處理純鈦試樣的制備及理化性能研究 噴砂：把一定顆粒度的Al203磨粒用1010型普壓干式噴砂機(jī)高速噴射至打磨制備的TA2純鈦試樣表面,影響噴砂純鈦基體表面性能的主要工藝參數(shù)有：磨粒尺寸為200μm,氣體壓力為0.9bar,氣體流速為210m/min,噴射角度為70。,噴口距離為15cm。 酸蝕：用氫氟酸HF和鹽酸HCl的混合酸溶液腐蝕TA2純鈦基體表面,影響酸蝕處理表面性能的主要工藝參數(shù)有：氫氟酸濃度為40%,鹽酸濃度為38%,混合溶液中HF和HCl比例為6：4,腐蝕溶液總體積為40ml,酸蝕溫度為25℃,酸蝕時間為100min。 微弧氧化：是采用較高的工作電壓,將工作區(qū)域由普通的陽極氧化法的法拉第區(qū)域引入到高壓放電區(qū)域,在鋁、鎂、鈦等金屬表面原位生成氧化物陶瓷膜的方法。其中電極電壓為500V,電極頻率為550Hz,氧化溫度小于40℃,氧化時間為18min,電解液中CH3COO)2Ca·H20濃度為30mmol/L,為10mmol/L, NaOH為8mmol/L, 由于微弧氧化的形成是非常復(fù)雜的過程,受多方面因素的影響和調(diào)控。本課題前期實驗已優(yōu)化出一套工藝參數(shù),本實驗在此工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合噴砂與酸蝕處理,將實驗對象分為：單純微弧氧化、噴砂結(jié)合微弧氧化、酸蝕結(jié)合微弧氧化、噴砂加酸蝕結(jié)合微弧氧化四組,并對各組處理表面分別從表面形貌、能譜分析、膜層厚度、表面粗糙度、膜層結(jié)合強(qiáng)度等方面加以表征分析。 第二部分：不同表面處理純鈦試樣的體外細(xì)胞相容性研究 將TA2純鈦用數(shù)控線切割機(jī)床CNC加工成圓柱形試樣。加工為高度3.0mm,底面直徑為8.0mm。采用200～1000#的金相砂紙將樣本逐級打磨,樣本經(jīng)打磨后將其置于60-80℃氫氧化鈉溶液進(jìn)行去油處理,浸泡時間為5min。采用去離子水將試樣清洗干凈,并置于鹽酸及硝酸混合溶液中浸泡10～15s,充分去除金屬表明陳舊的氧化層,然后采用去離子水將金屬置于常溫下干燥。將樣品分為如下四組：單純微弧氧化、噴砂結(jié)合微弧氧化、酸蝕結(jié)合微弧氧化、噴砂加酸蝕結(jié)合微弧氧化。此四組試樣分別與ST2細(xì)胞系共培養(yǎng),通過SEM觀察、細(xì)胞毒性檢測、ALP活性檢測、骨鈣素含量檢測等,分析細(xì)胞的增殖、粘附、分化情況,對比分析四組不同表面處理的純鈦種植體生物相容性。 第三部分：不同表面處理純鈦試樣的動物體內(nèi)生物學(xué)評價 將TA2純鈦用數(shù)控線切割機(jī)床CNC加工成圓柱形試樣。加工為高度10.0mm,底面直徑為3.0mm。采用200～1000#的金相砂紙將樣本逐級打磨,樣本經(jīng)打磨后將其置于60-80℃氧化鈉溶液進(jìn)行去油處理,浸泡時間為5min。采用去離子水將試樣清洗干凈,并置于鹽酸及硝酸混合溶液中浸泡10-15s,充分去除金屬表明陳舊的氧化層,然后采用去離子水將金屬置于常溫下干燥。將樣品分為如下四組：單純微弧氧化、噴砂結(jié)合微弧氧化、酸蝕結(jié)合微弧氧化、噴砂加酸蝕結(jié)合微弧氧化。分別將純鈦試樣植入新西蘭大白兔雙側(cè)股骨內(nèi),在愈合4w和8w時取出標(biāo)本,通過頂出試驗、骨與種植體接觸率,計算骨種植體周圍骨量及骨質(zhì)測量,評價噴砂酸蝕后微弧氧化處理種植體骨結(jié)合強(qiáng)度的情況,并從組織形態(tài)計量學(xué)上研究噴砂酸蝕后微弧氧化處理種植體的促成骨特性。 結(jié)果： 第一部分：不同表面處理純鈦試樣的制備與表征 表面粗糙度：純鈦基體的表面粗糙度Ra值是0.2μm。而經(jīng)過微弧氧化工藝過程的處理表面,其Ra值變成0.8μm。經(jīng)過微弧氧化處理后表面粗糙度的增大則主要是微弧氧化膜上孔洞出現(xiàn)引起的。噴砂純鈦基體微弧氧化膜的微觀粗糙度Ra為1.4μm,粗糙度略大于只經(jīng)過微弧氧化處理的樣品。酸蝕純鈦基體微弧氧化處理的試樣微弧氧化膜微觀粗糙度Ra測定為1.7gmm,也比只經(jīng)過微弧氧化處理的樣品粗糙度大。而經(jīng)過噴砂+酸蝕雙重處理的純鈦基體微弧氧化膜的粗糙度達(dá)到了2.2μm,表明噴砂和酸蝕處理對微弧氧化膜的粗糙度都有了顯著增加,表觀上則表現(xiàn)為氧化膜上較多均勻的孔洞的出現(xiàn)。 膜層厚度：單純微弧氧化的樣品微弧氧化膜厚度為37.2μm；噴砂純鈦基體微弧氧化膜稍薄,為28.3μm；而酸蝕純鈦基體微弧氧化膜厚度能達(dá)到40.2μm；經(jīng)過噴砂+酸蝕雙重處理的純鈦基體微弧氧化膜厚度最厚,為43.1μm。不同處理對樣品表面產(chǎn)生不同影響,因此得到不同厚度的氧化膜 結(jié)合強(qiáng)度：單純微弧氧化處理的試樣氧化膜載荷為20.7N。而噴砂試樣氧化膜載荷較未處理的試樣稍大,為23.2N,酸蝕基體微弧氧化膜臨界載荷達(dá)到27.9N,即酸蝕純鈦基體微弧氧化膜結(jié)合強(qiáng)度高于噴砂和未處理試樣的結(jié)合強(qiáng)度。而經(jīng)過噴砂和酸蝕處理的微弧氧化膜臨界載荷最高,為31.2N。 接觸角：測試結(jié)果如下,蒸餾水液滴在未處理純鈦基體微弧氧化膜表面的接觸角是82.9°,噴砂純鈦試樣微弧氧化膜表面的接觸角是76.7°,在酸蝕試樣微弧氧化膜表面的接觸角是69.3°,噴砂和酸蝕雙處理試樣微弧氧化膜的表面接觸角為63.2°。 第二部分：不同表面處理純鈦試樣的體外細(xì)胞相容性研究 細(xì)胞毒性檢測：根據(jù)MTT法測定的OD值計算相對增殖率(RGR),細(xì)胞相對增殖率RGR%=OD試驗組/OD陰性對照組X100%.根據(jù)不同時期各組RGR值進(jìn)行細(xì)胞毒性分級(CTS)。由本實驗結(jié)果可知：四組改性后純鈦種植體浸提液與陰性對照組比較均無差異顯著(P0.05),CTS分級均為0級,說明本研究所采用的純鈦種植體無毒性,符合《醫(yī)療器械生物學(xué)評價國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16886.1—2001》中對材料細(xì)胞毒性的要求。 細(xì)胞粘附結(jié)果：掃描電鏡2500倍視野下可見：單純微弧氧化組ST2細(xì)胞平鋪于多孔鈦種植體表面,細(xì)胞呈長梭形或多邊形,偽足扁平,鋪于表面；酸蝕+微弧氧化試樣組：細(xì)胞多呈長梭形,細(xì)胞體位于酸蝕的一級空洞內(nèi),兩端偽足呈扁平樣附著于微弧氧化形成的微型空洞內(nèi)；噴砂+微弧氧化試樣組：細(xì)胞多呈不規(guī)則多邊形,平鋪于處理后的粗糙表面,偽足和觸角突出附著在微弧氧化形成的二級空洞內(nèi)；噴砂+酸蝕+微弧氧化試樣組：可見細(xì)胞呈不規(guī)則形,鋪展良好,胞體嵌入噴砂+酸蝕形成的一級空洞內(nèi),多個細(xì)胞突起深入微弧氧化形成的類骨小梁樣結(jié)構(gòu)內(nèi),牢固附著。 細(xì)胞增殖結(jié)果：根據(jù)ST2接種到試樣表面1、3、5、7天試樣表面的細(xì)胞數(shù)量變化差異可了解試樣對細(xì)胞增殖功能的影響。實驗結(jié)果可見：隨時間的增加,各組細(xì)胞計數(shù)均增高；同一時間點,微弧氧化組、噴砂+微弧氧化組、酸蝕+微弧氧化組及噴砂+酸蝕+微弧氧化組OD呈現(xiàn)逐漸升高趨勢,除噴砂+微弧氧化組、酸蝕+微弧氧化組外,組間差異顯著(P0.05)。 細(xì)胞分化結(jié)果：培養(yǎng)3天后,微弧氧化組、噴砂+微弧氧化組、酸蝕+微弧氧化組ALP活性差異無顯著性(P0.05),噴砂+酸蝕+微弧氧化組細(xì)胞ALP活性升高,組間比較差異顯著(P0.05)。培養(yǎng)5天后,微弧氧化組、噴砂+微弧氧化組、酸蝕+微弧氧化組ALP活性差異無顯著性(P0.05),噴砂+酸蝕+微弧氧化組細(xì)胞數(shù)量組ALP活性升高,組間比較差異顯著(P0.05)。培養(yǎng)7天后,趨勢同前。 第三部分：不同表面處理純鈦試樣的動物體內(nèi)生物學(xué)評價 影像學(xué)檢查：X線片檢查結(jié)果顯示：種植體植入方向垂直于股骨表面,種植體兩端側(cè)穿骨壁。同時,植入?yún)^(qū)域未發(fā)生骨折等異�，F(xiàn)象。 頂出實驗：在4周、8周測試時間點,骨-種植體界面抗剪切強(qiáng)度表現(xiàn)為D組B組C組A組,D組骨-種植體界面抗剪切強(qiáng)度最高,較其它各組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05),試驗組中B組與C組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05),A組骨-種植體界面抗剪切強(qiáng)度最低,較其它各組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05) 組織學(xué)檢查：硬組織切片實驗發(fā)現(xiàn),酸蝕+微弧氧化組與組噴砂+微弧氧化組)鈦種植體周圍骨結(jié)合情況相近,兩組的BIC分別為58.74±6.57%、51.09±6.39%,兩組之間無明顯區(qū)別。單純微弧氧化組中BIC明顯降低,為30.13±6.14%,與之相反,噴砂+酸蝕+微弧氧化組BIC明顯升高,為77.49±4.96%。 結(jié)論 1.噴砂+酸蝕+微弧氧化處理的純鈦表面比其他三組具有最大的粗糙度,最高的膜層結(jié)合強(qiáng)度和相對最好的浸潤性,推測其具有最高的生物活性。 2.噴砂+酸蝕+微弧氧化處理的純鈦表面的生物相容性明顯優(yōu)于其他三組。 3.噴砂+酸蝕+微弧氧化處理的純鈦表面種植體的骨結(jié)合速度及成骨能力明顯優(yōu)于其他三組。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R783.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2373211