本文選題：鎂 + 腐蝕��； 參考：《河北醫(yī)科大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：股骨頸骨折是一種臨床上常見的骨折，約占全部骨折的3.58%，占股骨近端骨折的50%，其術(shù)后的骨折不愈合率和股骨頭缺血壞死率較高，這也是其治療上所面臨的主要問題，日益受到臨床醫(yī)生的重視。迄今為止，雖然股骨頸骨折的治療方法不斷完善，但是，由于受多種因素的影響，它的治療及結(jié)果等許多方面仍遺留有許多尚未解決的問題。我院采用一期游離髂骨移植結(jié)合三枚空心螺釘固定方法對股骨頸骨折進(jìn)行早期干預(yù)治療，取得了較好的效果。有限的臨床經(jīng)驗(yàn)證明，此方法具有手術(shù)操作簡單、創(chuàng)傷小等優(yōu)點(diǎn)；同時，一期植骨的穩(wěn)定性好，提高了骨折愈合率，并有助于預(yù)防遠(yuǎn)期股骨頭壞死，不失為臨床治療股骨頸骨折的一種有益選擇。為了避免手術(shù)取骨所造成的損傷和并發(fā)癥，我們進(jìn)一步研究使用鎂金屬支架來代替游離植骨，這種材料能在體內(nèi)逐漸降解，同時誘導(dǎo)周圍新骨生成。為了更好地評價此種支架的腐蝕行為與生物力學(xué)特性，為其優(yōu)化設(shè)計和臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)和必要的參考，本課題系統(tǒng)研究了這種新型的經(jīng)微弧氧化處理的鎂材料在體外模擬生理環(huán)境中的降解行為，初步探索了鎂離子對成骨細(xì)胞生物學(xué)行為的影響及其作用機(jī)制，并利用有限元分析法建立新型鎂支架干預(yù)治療股骨頸骨折的模型，系統(tǒng)研究了金屬支架在正常步態(tài)周期中的應(yīng)力變化規(guī)律，并與骨移植干預(yù)治療的方法進(jìn)行了對比分析。 第一部分經(jīng)微弧氧化處理的新型鎂金屬材料的體外降解行為和細(xì)胞相容性研究 目的：通過在體外模擬生理環(huán)境中的電化學(xué)試驗(yàn)和浸泡試驗(yàn)，對經(jīng)表面微弧氧化處理的新型鎂材料的腐蝕行為進(jìn)行系統(tǒng)的研究，并采用拉伸試驗(yàn)對材料在與模擬體液接觸過程中的力學(xué)性能變化進(jìn)行檢測。此外，對材料在腐蝕過程中的細(xì)胞毒性進(jìn)行評價。 方法：將純鎂試樣和經(jīng)表面微弧氧化處理的鎂試樣分別浸泡于模擬體液中，用于浸泡的溶液量與試樣表面積之比均為30ml/cm2。所有試樣在試驗(yàn)前先稱重并做記錄。實(shí)驗(yàn)過程中，溫度保持在37±0.5℃，液體的pH值維持在7.4左右。分別在浸泡后的6小時、1天、3天、7天、14天和30天取出試樣，利用掃描電鏡觀察，結(jié)合能譜分析和XRD衍射分析對比研究兩種試樣的腐蝕形貌及其產(chǎn)物成分、降解速度變化和對溶液pH值的影響，并通過電子萬能試驗(yàn)機(jī)對試樣進(jìn)行拉伸檢測，計算材料的抗拉強(qiáng)度，比較不同試樣的抗拉強(qiáng)度隨腐蝕時間變化的情況。另外，，分別以兩種試樣作為工作電極，利用電化學(xué)工作站對樣本的電化學(xué)阻抗譜（EIS）和動電位極化曲線進(jìn)行測試，繪制材料的Nyqiust曲線和極化曲線。最后，對Saos-2細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)，利用MTT法、免疫熒光染色技術(shù)檢測不同材料浸提液對成骨細(xì)胞增殖活性和細(xì)胞凋亡的影響。使用SAS9.1統(tǒng)計軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理，設(shè)P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。 結(jié)果：在模擬體液中，經(jīng)微弧氧化處理的鎂金屬的腐蝕速率遠(yuǎn)低于鎂金屬（P＜0.05），其對液體pH值的影響也小于鎂金屬，在72h內(nèi)從最初的7.4快速上升并穩(wěn)定在了8.3左右，而鎂金屬可使溶液的pH值達(dá)到約9.1的最高值。兩種鎂金屬表面的腐蝕產(chǎn)物主體成分均為Mg(OH)2和羥基磷灰石。再者，微弧氧化處理可明顯降低腐蝕過程中鎂金屬力學(xué)強(qiáng)度的損失，在SBF中浸泡30天后，材料的拉伸強(qiáng)度仍能保持原強(qiáng)度的90%。另外，阻抗頻譜和動電位極化曲線也驗(yàn)證了經(jīng)微弧氧化處理的鎂金屬的耐腐蝕性要高于鎂金屬。細(xì)胞毒性的分析結(jié)果表明，微弧氧化處理前后的鎂金屬均無明顯細(xì)胞毒性，具有良好的細(xì)胞相容性。 結(jié)論：微弧氧化處理可提高鎂金屬的耐腐蝕性，有利于維持其原有的力學(xué)性能，并且材料具有良好的細(xì)胞相容性，表面腐蝕產(chǎn)物羥基磷灰石的存在可提高材料的骨結(jié)合能力。 第二部分鎂離子對成骨細(xì)胞生物學(xué)行為的影響及其作用機(jī)制初探 目的：采用人成骨細(xì)胞，研究鎂離子對細(xì)胞增殖及其主要生物學(xué)行為的影響，并對其機(jī)制進(jìn)行初步探討。 方法：對Saos-2細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)，將1mmol/L、2mmol/L和3mmol/L三種濃度MgSO4作用于成骨細(xì)胞，通過MTT法、免疫熒光染色技術(shù)檢測不同因子對成骨細(xì)胞增殖活性和細(xì)胞凋亡的影響，并利用ELISA法測定不同因子對成骨細(xì)胞ALP活性及骨鈣素合成等主要生物學(xué)特性的影響。另外，借助ELISA法，測定1mmol/L、2mmol/L和3mmol/L三種濃度MgSO4對成骨細(xì)胞Runx2和Fas表達(dá)的影響。使用SAS9.1統(tǒng)計軟件對各實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)比較，設(shè)P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。 結(jié)果：不同濃度的鎂離子均可促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖（F=44.77，Р＜0.0001），這種刺激作用與鎂離子的濃度和作用時間均呈正相關(guān)。熒光染色結(jié)果顯示經(jīng)鎂離子作用后細(xì)胞的活性良好。并且，不同濃度的鎂離子均可促進(jìn)成骨細(xì)胞的堿性磷酸酶活性和骨鈣素合成（Р＜0.05），這種刺激作用也與鎂離子的濃度和作用時間均呈正相關(guān)。另外，不同濃度的鎂離子，在不同時間點(diǎn)均可刺激成骨細(xì)胞RUNX2的表達(dá)，這種刺激作用與鎂離子的濃度和作用時間呈正相關(guān)。而鎂離子作用組的成骨細(xì)胞Fas表達(dá)量均明顯低于正常對照組（F=16.97，Р＜0.0001），并且，F(xiàn)as的表達(dá)量與鎂離子的濃度呈負(fù)相關(guān)。 結(jié)論：鎂離子可促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖以及ALP和BGP的合成，其機(jī)理可能與調(diào)節(jié)細(xì)胞Runx2和Fas的表達(dá)有關(guān)，一方面鎂離子可通過促進(jìn)細(xì)胞Runx2表達(dá)，來刺激成骨細(xì)胞的分化和成熟；另一方面，還可通過Fas途徑抑制成骨細(xì)胞的凋亡，從而維持細(xì)胞的增殖與活性。 第三部分鎂金屬支架干預(yù)治療股骨頸骨折有限元模型的建立及其在正常步態(tài)周期中的力學(xué)分析研究 目的：建立使用鎂金屬支架干預(yù)治療股骨頸骨折的有限元模型，研究支架植入后，在正常步態(tài)周期中股骨頸部的應(yīng)力變化規(guī)律，為這種新型金屬支架的評價和優(yōu)化提供有益的理論依據(jù)，進(jìn)而指導(dǎo)其臨床應(yīng)用。 方法：選取一名健康成年男性志愿者，對其髖關(guān)節(jié)及股骨中上段進(jìn)行CT掃描，獲得二維斷層圖像數(shù)據(jù)，使用Mimics10.01軟件對圖像進(jìn)行處理、提取及重建，得到股骨三維模型，然后將模型導(dǎo)入到Ansys13.0有限元分析軟件中，進(jìn)行體網(wǎng)格劃分，生成股骨三維有限元模型，并進(jìn)一步模擬建立了使用金屬支架干預(yù)治療股骨頸骨折的有限元模型。設(shè)定邊界和載荷條件，對模型進(jìn)行生物力學(xué)分析。使用SAS9.1統(tǒng)計軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)比較，設(shè)P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。 結(jié)果：首先，建立了準(zhǔn)確有效的股骨中上段的三維有限元模型以及金屬支架干預(yù)治療股骨頸骨折的有限元模型。進(jìn)一步的分析表明，正常步態(tài)周期中骨折固定模型在股骨頸局部的Von Mises應(yīng)力變化規(guī)律與正常股骨模型相似，并且兩者的各期應(yīng)力值以及位移之間均無顯著差異（P＞0.05）。分析還表明，正常步態(tài)各期中，骨折固定模型在各個方向上的位移變化規(guī)律大致相同，均取決于髖關(guān)節(jié)作用力的大小，各軸向最大位移均出現(xiàn)在髖關(guān)節(jié)作用力最高的第二期。 結(jié)論：本研究建立的股骨三維有限元模型準(zhǔn)確有效，為后期的相關(guān)實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。另外，松質(zhì)骨螺釘固定合并金屬支架干預(yù)治療股骨頸骨折不僅恢復(fù)了骨折部位應(yīng)力傳導(dǎo)的連續(xù)性，而且可獲得較好的抗壓、抗扭轉(zhuǎn)和抗剪切穩(wěn)定性，對其臨床應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。 第四部分鎂金屬支架和骨移植干預(yù)治療股骨頸骨折生物力學(xué)的有限元對比研究 目的：利用有限元法分析鎂金屬支架和骨移植在股骨頸骨折干預(yù)治療中的應(yīng)力分布規(guī)律，并與臨床常用的單獨(dú)三枚松質(zhì)骨螺釘固定的方法進(jìn)行比較。此外，還要對金屬支架放置的角度進(jìn)行研究。通過此實(shí)驗(yàn)有助于全面認(rèn)識這種新型治療方法的生物力學(xué)特點(diǎn)，為其臨床應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。 方法：建模的方法和過程以及材料屬性同第三部分實(shí)驗(yàn)，分別建立鎂金屬支架和骨移植干預(yù)治療股骨頸骨折的三維有限元模型，將金屬支架或骨移植的植入角度分別設(shè)置為95°和127°。另外，還建立了單獨(dú)三枚松質(zhì)骨螺釘治療股骨頸骨折的有限元模型。設(shè)定邊界條件以及426N和2158N兩種載荷，對模型進(jìn)行生物力學(xué)分析。使用SAS9.1統(tǒng)計軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)比較，設(shè)P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。 結(jié)果：分析表明，使用金屬支架或骨移植對股骨頸骨折進(jìn)行干預(yù)治療與單純多枚螺釘固定相比，骨折局部所受的應(yīng)力水平和產(chǎn)生的位移均無明顯差異。另外，對于金屬支架或骨移植而言，植入角度的改變并不會對骨折局部的應(yīng)力產(chǎn)生顯著影響，而且使用不同材料的模型之間所受應(yīng)力和各軸向位移均無顯著差異。 結(jié)論：可見，松質(zhì)骨螺釘固定合并金屬支架干預(yù)治療股骨頸骨折同樣可獲得良好的骨折穩(wěn)定性，而支架的植入角度可根據(jù)情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，再結(jié)合鎂金屬所固有的自身優(yōu)勢，所以它對于股骨頸骨折的干預(yù)治療是一個值得推薦的選擇。
[Abstract]:Femoral neck fracture is a common fracture in clinic , which accounts for 3 . 58 % of all fractures , which accounts for 50 % of the proximal femur fracture .
In order to avoid the damage and complications caused by operation , we study the effect of magnesium metal stent on the biological behavior of osteoblasts in vitro , and to establish a new model for the treatment of femoral neck fracture with magnesium metal stent .


In vitro degradation behavior and cell compatibility of a novel magnesium metal material treated with micro - arc oxidation


Objective : To study the corrosion behavior of a new kind of magnesium material treated by surface micro - arc oxidation by electrochemical test and soak test in the physiological environment in vitro , and to test the mechanical properties of the material during the contact with the simulated body fluid by tensile test , and the cytotoxicity of the material during the corrosion process was evaluated .


Methods : The samples were taken out and the samples were taken out before the test . The samples were weighed and recorded before the test . The samples were taken out at 37 鹵 0.5 鈩

本文編號：2055110