本文選題：鈦合金 + 骨整合　； 參考：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：背景:鈦合金是骨科和口腔科最常用的植入物材料。鈦合金材料之所以得到廣泛應(yīng)用,是因?yàn)槠渚哂辛己玫纳锵嗳菪?較強(qiáng)的抗腐蝕能力和優(yōu)秀的機(jī)械性能。但是眾所周知,鈦合金表面一般是惰性的,這就可能與周圍骨組織結(jié)合不穩(wěn)定繼而發(fā)生無菌性松動,最終導(dǎo)致植入手術(shù)失敗。在植入物表面沉積功能涂層是一種重要且行之有效的表面改性手段,而且有較好生物活性的涂層可以增強(qiáng)鈦合金的生物相容性、骨整合性和機(jī)械性能。目前過渡金屬氮化物(TMeN)和碳化物(TMeC)涂層在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域受到了極大的關(guān)注。它們具有優(yōu)秀的性能如:良好的生物相容性、骨引導(dǎo)性和耐腐蝕性能等,這些卓越的性能使其有望應(yīng)用于骨科和口腔科植入物領(lǐng)域。尤其是過渡金屬鉭(Ta)及其氧化物、氮化物等因?yàn)榫邆淇梢源龠M(jìn)細(xì)胞黏附增殖及分化的性能引起了極大的關(guān)注。但關(guān)于Ta、N、C復(fù)合涂層的相關(guān)研究仍屬空白。目的:通過磁控濺射技術(shù)在鈦合金表面制備Ta、N、C復(fù)合體系涂層并驗(yàn)證其生物相容性和成骨活性。方法:通過磁控濺射方法沉積TaC涂層并通過摻入氮原子調(diào)制其化學(xué)成分。在第一部分研究中,我們制備了TaC涂層并摻入N原子制備TaCN涂層。通過使用X射線衍射(XRD),X射線光電子能譜(XPS)和納米介質(zhì)檢測,研究了TaC和TaCN涂層的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能的演變,通過兔骨髓干細(xì)胞的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)評估涂層的生物相容性和成骨活性。在第二部分研究中,我們用N原子完全替代C原子,制備了TaN涂層。在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中表征了TaN涂層的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性,同時(shí)對其生物相容性和成骨活性進(jìn)行研究。結(jié)果與結(jié)論:TaC、TaCN、TaN三種涂層均促進(jìn)細(xì)胞的早期黏附,細(xì)胞能以較好的形態(tài)在涂層表面生長。其中摻入N原子的TaCN和TaN涂層在促細(xì)胞增殖方面表現(xiàn)更佳,第4、7天細(xì)胞數(shù)量均明顯多于對照組(P0.05)。TaC幾乎對成骨沒有任何影響,而TaCN和TaN促進(jìn)了鈣結(jié)節(jié)的沉積并上調(diào)了ALP的分泌,具有良好的成骨活性。基于這些結(jié)果表明N原子的加入提高了涂層的生物相容性,能夠促進(jìn)細(xì)胞增殖。同時(shí)N原子提高了涂層的生物活性,促進(jìn)了骨髓干細(xì)胞成骨分化。TaC、TaCN、TaN三種涂層均有望應(yīng)用于骨科植入物領(lǐng)域,尤其是鈦合金人工關(guān)節(jié)假體表面改性領(lǐng)域。
[Abstract]:Background: titanium alloy is the most commonly used implant material in orthopedics and stomatology. Titanium alloy is widely used because of its good biocompatibility, strong corrosion resistance and excellent mechanical properties. However, it is well known that the surface of titanium alloy is generally inert, which may be unstable with the surrounding bone tissue and cause aseptic loosening, which leads to the failure of implantation surgery. Functional coating deposited on the implant surface is an important and effective means of surface modification, and the coating with good bioactivity can enhance the biocompatibility, bone integration and mechanical properties of titanium alloy. Transition metal nitride (TMeN) and carbide (TMeC) coatings have attracted great attention in biomedical field. They have excellent properties such as good biocompatibility, bone guidance and corrosion resistance, which make them promising to be used in orthopedics and stomatology implants. In particular, transition metal tantalum (Ta) and its oxides and nitride have attracted great attention because of their ability to promote cell adhesion proliferation and differentiation. However, the study on Tahln C composite coating is still blank. Aim: to study the biocompatibility and osteogenic activity of TaFN C composite coating on the surface of titanium alloy by magnetron sputtering. Methods: TaC coating was deposited by magnetron sputtering and its chemical composition was modulated by doping nitrogen atom. In the first part, we prepared TaC coating and doped N atom to prepare TaCN coating. The microstructure and mechanical properties of TaC and TaCN coatings were studied by X-ray diffraction X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and nano-medium detection. The biocompatibility and osteogenic activity of the coatings were evaluated by the culture experiments of rabbit bone marrow stem cells. In the second part, the TaN coating was prepared by replacing the C atom with N atom. The microstructure and chemical properties of TaN coating were characterized in the following experiments. The biocompatibility and osteogenic activity of TaN coating were also studied. Results and ConclusionThe three kinds of coatings can promote the early adhesion of the cells, and the cells can grow on the coating surface in a good shape. The TaCN and TaN coatings doped with N atoms were more effective in promoting cell proliferation. On the 4th day, the number of cells was significantly higher than that of the control group (P0.05. TaC). TaCN and TaN promoted the deposition of calcium nodules and up-regulated the secretion of ALP. It has good osteogenic activity. These results show that the addition of N atoms improves the biocompatibility of the coating and promotes cell proliferation. At the same time, the bioactivity of the coating was improved by N atom, which promoted the osteogenic differentiation of bone marrow stem cells. TaCU TaCNTaN coating is expected to be used in the field of orthopedic implants, especially in the field of titanium alloy artificial joint prosthesis surface modification.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：R687.4;R318.08

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本文編號：1934343