本文關(guān)鍵詞：鈦復(fù)合納米氧化鋅多孔抗菌涂層的制備及在經(jīng)皮種植中的初步研究

  更多相關(guān)文章： 鈦 納米氧化鋅 多孔 抗菌 涂層 生物相容性 激光立體成型

【摘要】：目前經(jīng)皮種植體失敗率高仍然是一個(gè)未能解決的問(wèn)題,其主要的原因是植體彈性模量過(guò)高和容易被細(xì)菌感染等,如何能夠使經(jīng)皮植體既有較低的彈性模量同時(shí)又具備較強(qiáng)的抗菌能力一直是研究者們努力的方向。激光立體成型技術(shù)可以將鈦粉熔覆于植體表面形成多孔鈦涂層,大幅減低植體表面的彈性模量。如果能在鈦粉原料中加入一種熱穩(wěn)定性好的抗菌粉末,一同熔覆于植體表面形成多孔抗菌涂層,那么勢(shì)必能大幅提高經(jīng)皮種植的成功率。納米氧化鋅熱穩(wěn)定性好,抗菌能力強(qiáng)且生物相容性好。本課題以鈦粉和納米氧化鋅混合粉末為原料,利用激光立體成型法在鈦基材表面制備多孔抗菌涂層,探討了原料粉末抗菌劑添加比例、掃描速率、偏移距離對(duì)涂層性能的影響規(guī)律;在優(yōu)化的工藝條件下,在純鈦表面制備出了鈦復(fù)合納米氧化鋅多孔抗菌涂層;并對(duì)該涂層的理化性能、抗菌和生物相容性經(jīng)行了評(píng)價(jià),探索出了一種純鈦表面多孔抗菌涂層制備的新方法,為下一步應(yīng)用于經(jīng)皮種植領(lǐng)域奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。研究方法1.通過(guò)分組設(shè)計(jì),進(jìn)行涂層的成型制備,利用掃描電鏡、能譜分析等技術(shù)和力學(xué)實(shí)驗(yàn),分析原料粉末抗菌劑添加比例、掃描速率、偏移距離對(duì)涂層宏觀形貌、孔隙率和涂層結(jié)合強(qiáng)度的影響規(guī)律。2.在優(yōu)化的條件下,在純鈦表面制備出鈦復(fù)合納米氧化鋅多孔抗菌涂層,同時(shí)篩選臨床常用的表面處理方法噴砂粗化法和微弧氧化法制備試件,以拋光純鈦為對(duì)照組,利用掃描電鏡、能譜分析、接觸角測(cè)量等技術(shù)評(píng)價(jià)這四組的表面物理性質(zhì)。3.采用壓縮測(cè)試法,得到鈦復(fù)合納米氧化鋅多孔抗菌涂層的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,對(duì)其彈性模量進(jìn)行研究。4.采用掃描電鏡和孔隙率測(cè)試技術(shù)對(duì)鈦復(fù)合納米氧化鋅多孔抗菌涂層的三位立體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。5.采用金葡菌與材料共培養(yǎng)技術(shù)研究涂層材料相關(guān)的抗菌性能。6.采用大鼠成骨細(xì)胞與材料共培養(yǎng)技術(shù)研究涂層材料與成骨相關(guān)的生物學(xué)性能。研究結(jié)果1.在鈦粉原料中加入納米氧化鋅粉末,利用激光立體成型技術(shù)在純鈦表面制備多孔“抗菌環(huán)帶”的方法實(shí)際可行,其中納米氧化鋅質(zhì)量比為10㳠時(shí)所制備的涂層含有鋅元素并且涂層質(zhì)量較好。2.當(dāng)掃描速率為4.5mm/s時(shí),涂層孔隙率最佳且與鈦基材結(jié)合強(qiáng)度高。3.當(dāng)掃描速率為4.5mm/s時(shí),偏移距離為1200μm時(shí)涂層與鈦基材結(jié)合強(qiáng)度最高,達(dá)到51.70±3.72mpa。4.獲得了制備鈦復(fù)合納米氧化鋅多孔抗菌涂層的優(yōu)化工藝參數(shù),即納米氧化鋅添加質(zhì)量比為10㳠、掃描速率4.5mm/s、偏移距離1200μm;在上述優(yōu)化參數(shù)下制備出了多孔抗菌涂層;該涂層多孔結(jié)構(gòu)比較規(guī)則的,孔徑大小約為450μm左右,涂層的連通性較好,并且在涂層表面檢測(cè)到鋅元素。5.涂層在顯微鏡下呈現(xiàn)三維立體的多孔結(jié)構(gòu),孔隙相互連通,其主要元素為氧、鈦、鋅元素,其親水性明顯優(yōu)于微弧氧化組和噴砂粗化組。6、獲得了涂層的應(yīng)力應(yīng)變曲線,得到了涂層的彈性模量,其數(shù)值為16.6gpa,與人體骨組織彈性模量一致。7.可以將涂層制備成任意厚度,其正面平均孔徑為450μm,孔隙率為42.6㳠;其側(cè)面平均孔徑為300μm,孔隙率為36.8㳠。8.涂層的抗菌率在14d內(nèi)均達(dá)到98%以上,并且?guī)缀鯖](méi)有衰減;而微弧氧化涂層和單純多孔鈦涂層并沒(méi)有抗菌效果。9.成骨細(xì)胞能夠在涂層的表面良好地粘附和鋪展,同時(shí)也表現(xiàn)出較強(qiáng)的增殖能力和ALP活性。結(jié)論在優(yōu)化的工藝條件下,激光立體成型技術(shù)可以在純鈦表面制備出鈦復(fù)合納米氧化鋅多孔抗菌涂層,該涂層與基材結(jié)合良好,具備孔隙相通的三維立體結(jié)構(gòu),并且彈性模量與骨組織一致,浸潤(rùn)性好,具備長(zhǎng)效的抗菌能力,能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞的早期粘附和增殖。
【關(guān)鍵詞】：鈦 納米氧化鋅 多孔 抗菌 涂層 生物相容性 激光立體成型
【學(xué)位授予單位】：第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：R783.1
【目錄】：

• 縮略語(yǔ)表7-8
• 中文摘要8-11
• 英文摘要11-14
• 前言14-16
• 文獻(xiàn)回顧16-46
• 第一部分 鈦復(fù)合納米氧化鋅多孔抗菌涂層制作的工藝探索46-63
• 實(shí)驗(yàn)一 抗菌劑添加比例對(duì)涂層成型的影響46-54
• 1 材料及設(shè)備46-48
• 1.1 材料46-47
• 1.2 設(shè)備47-48
• 2 方法48-49
• 2.1 混合原料粉末的制備48
• 2.2 純鈦表面鈦復(fù)合納米氧化鋅多孔抗菌涂層的制備48-49
• 3 結(jié)果49-52
• 4 討論52-54
• 實(shí)驗(yàn)二 激光掃描速率和偏移距離對(duì)涂層孔隙率的影響54-57
• 1 材料和主要設(shè)備54
• 2 方法54-55
• 2.1 混合原料粉末的制備54
• 2.2 涂層的制備54-55
• 2.3 涂層的電鏡掃描及孔隙率測(cè)定55
• 3 結(jié)果55-56
• 4 討論56-57
• 實(shí)驗(yàn)三 偏移距離對(duì)涂層與基材結(jié)合強(qiáng)度的影響57-63
• 1 材料及設(shè)備57
• 1.1 材料57
• 1.2 主要設(shè)備57
• 2 方法57-58
• 2.1 混合原料粉末的制備57
• 2.2 鈦復(fù)合納米氧化鋅多孔抗菌涂層的激光立體成型制備57-58
• 2.3 涂層拉伸試件的制備58
• 2.4 拉伸實(shí)驗(yàn)58
• 2.5 電鏡觀察及能譜分析58
• 3 拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果58-61
• 4 討論61-63
• 第二部分 鈦復(fù)合納米氧化鋅多孔抗菌涂層相關(guān)性能的對(duì)比性研究63-78
• 實(shí)驗(yàn)四 鈦復(fù)合納米氧化鋅多孔涂層物理性質(zhì)的對(duì)比性研究63-72
• 1 材料及設(shè)備63-64
• 1.1 主要材料63-64
• 1.2 主要儀器和設(shè)備64
• 2 方法64-65
• 2.1 各組試件的制備64-65
• 2.2 各組試件表面形貌的檢測(cè)及表面性質(zhì)的研究65
• 3 結(jié)果65-70
• 4 討論70-72
• 實(shí)驗(yàn)五 鈦復(fù)合納米氧化鋅多孔抗菌涂層彈性模量和立體結(jié)構(gòu)的測(cè)量72-78
• 1 材料及設(shè)備72
• 1.1 材料72
• 1.2 主要設(shè)備72
• 2 方法72-73
• 2.1 各組試件的制備72
• 2.2 彈性模量測(cè)定72-73
• 2.3 孔徑及孔隙率測(cè)定73
• 3 結(jié)果73-76
• 4 討論76-78
• 第三部分 鈦復(fù)合納米ZnO多孔抗菌涂層的抗菌性和細(xì)胞相容性評(píng)價(jià)78-95
• 實(shí)驗(yàn)六 鈦復(fù)合納米ZnO多孔抗菌涂層抗菌性能評(píng)價(jià)78-84
• 1 材料78-79
• 1.1 主要實(shí)驗(yàn)材料78-79
• 1.2 主要儀器和設(shè)備79
• 2 方法79-81
• 2.1 試件制備及實(shí)驗(yàn)分組79
• 2.2 金黃色葡萄球菌的培養(yǎng)79-80
• 2.3 抗菌實(shí)驗(yàn)研究80-81
• 3 結(jié)果81-83
• 3.1 抗菌率實(shí)驗(yàn)81-82
• 3.2 試件表面Sa熒光染色實(shí)驗(yàn)82-83
• 4 討論83-84
• 實(shí)驗(yàn)七 鈦復(fù)合納米氧化鋅抗菌涂層成骨細(xì)胞相容性的研究84-95
• 1 材料84-85
• 1.1 主要實(shí)驗(yàn)材料84
• 1.2 主要儀器和設(shè)備84-85
• 2 方法85-87
• 2.1 試件制備及實(shí)驗(yàn)分組85
• 2.2 SD大鼠成骨細(xì)胞原代和傳代培養(yǎng)85-86
• 2.3 成骨細(xì)胞與各組試件共同培養(yǎng)86-87
• 2.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析87
• 3 結(jié)果87-93
• 3.1 材料試件表面成骨細(xì)胞粘附結(jié)果87
• 3.2 材料試件表面成骨細(xì)胞鋪展形態(tài)87-91
• 3.3 各組試件表面成骨細(xì)胞增殖結(jié)果91-92
• 3.4 材料試件表面成骨細(xì)胞ALP活性92-93
• 4 討論93-95
• 小結(jié)95-97
• 參考文獻(xiàn)97-117
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷和研究成果117-118
• 致謝118

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