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  本文關(guān)鍵詞：鎂鋁合金及其涂層的生物相容性實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《南方醫(yī)科大學》 2012年

鎂鋁合金及其涂層的生物相容性實驗研究

隋文淵  

【摘要】：研究背景 骨科內(nèi)固定材料的發(fā)展經(jīng)過了漫長的時間,目前臨床用于骨折治療的內(nèi)固定材料主要是傳統(tǒng)金屬如不銹鋼及鈦合金以及生物可降解高分子材料如聚乳酸等。 傳統(tǒng)金屬植入材料最大的問題是需二次手術(shù)取出,另外還存在應力遮擋影響骨愈合,導致骨質(zhì)疏松,釋放的離子引起組織級聯(lián)炎癥反應等問題。生物可降解植入材料是繼不銹鋼、鈦合金等非降解醫(yī)用植入金屬材料之后而發(fā)展出來的,一般來說,可降解植入材料是指“植入生物體內(nèi)后能完全降解,降解產(chǎn)物能被機體吸收、代謝的一類材料”。從20世紀90年代起,體內(nèi)植入生物醫(yī)用材料的研究熱點開始由生物穩(wěn)定型材料轉(zhuǎn)變?yōu)榭山到獠牧?主要應用于骨固定、骨填充、組織工程、血管支架等領(lǐng)域,能有效地促進受損組織的修復與再生,并可為組織重建提供生長載體和生長空間�，F(xiàn)階段已應用于臨床的可降解生物醫(yī)用材料主要為生物活性陶瓷和高分子材料�？山到馍镝t(yī)用陶瓷材料雖然具有較高的強度,主要缺點是韌性較差,彈性模量過高,易于斷裂,材料脆性大,加工困難,而且在體內(nèi)生理環(huán)境中抗疲勞性能較差�？山到馍镝t(yī)用高分子材料主要是聚乳酸(PLA)聚乙醇酸(PGA)及其共聚物制作的夾板,雖已應用于臨床,但仍存在不盡人意之處：親水性差、細胞吸附力較弱、可引起無菌性炎癥�？山到飧叻肿拥慕到膺^程不可控,導致植入器件的突然失效。臨床上發(fā)現(xiàn)患者出現(xiàn)非特異性無菌性炎癥反應率較高；機械強度不足,存在抗壓強度不足的缺陷；聚合物中殘留有機溶劑的細胞毒作用,可引起周圍組織的纖維化及免疫反應。 醫(yī)用金屬材料與醫(yī)用生物陶瓷和醫(yī)用高分子材料相比具有高機械強度,抗彎曲疲勞強度,更適合負荷支持應用,醫(yī)用金屬材料繼續(xù)起著不可缺少的作用。因此開發(fā)具有良好力學性能、又可在體內(nèi)安全降解的新型可降解醫(yī)用植入材料具有重要意義。近年來,以生物可降解鎂合金為主要代表的具有生物可降解特性的新一代醫(yī)用金屬材料的研究受到了人們的特別關(guān)注。這類新型醫(yī)用金屬材料巧妙地利用鎂合金在人體環(huán)境中易發(fā)生腐蝕(降解)的特性,來實現(xiàn)金屬植入物在體內(nèi)逐漸降解直至最終消失的醫(yī)學臨床目的。此外,由于鎂合金所具有的金屬材料特性,其塑性、剛度、加工性能等都要遠優(yōu)于現(xiàn)已開始臨床應用的聚乳酸等可降解高分子材料,因而更適于在骨等硬組織修復和心血管介入支架方面的臨床應用�？梢灶A測,生物可降解鎂合金的醫(yī)學臨床應用,可大大提升現(xiàn)有金屬植入器械具備的醫(yī)療功能,并可能產(chǎn)生新的醫(yī)療效果,從而給廣大病患者帶來新的福音。 鎂及鎂基材料具有良好生物相容性、骨傳導性、可降解性,力學特性與骨組織相似等優(yōu)點,同時鎂離子又是體內(nèi)必需離子,這使之有希望成為骨科新型可降解植入金屬材料。純鎂由于其低耐蝕性并因腐蝕產(chǎn)生大量的氫氣,產(chǎn)生嚴重難以吸收的氣腫導致使用受到限制。因此,提高抗腐蝕性能是目前鎂合金開發(fā)的熱點方向。 添加合金元素是提高鎂的力學性能和抗腐蝕性的重要措施,而保護性涂層能進一步提高鎂的抗腐蝕性和生物相容性。研究發(fā)現(xiàn)多孔的AZ91D鎂合金支架具有適當降解率,可刺激外周骨重建,具有較好的生物相容性。晶體LAE442鎂合金具有低腐蝕率和可接受的宿主體內(nèi)反應,其MgF2涂層可進一步降低腐蝕率。Ca-P涂層鎂合金可被轉(zhuǎn)化成羥基磷灰石HA,從而提高鎂表面細胞相容性,保護鎂合金不被快速腐蝕。 目前對于鎂鋁合金的研究大多為體外實驗如浸提液實驗,細胞毒性試驗,最大致敏實驗等,這一系列實驗初步證實鎂鋁合金材料具有良好的細胞相容性,并且不產(chǎn)生細胞毒性。但是體外環(huán)境與體內(nèi)環(huán)境存在很多差異,所以體外實驗不能替代體內(nèi)試驗的結(jié)論,而關(guān)于鎂鋁合金材料體內(nèi)植入實驗的相關(guān)報道主要為電鏡觀察降解成骨,影像學觀察降解,體內(nèi)試驗有關(guān)生物相容性內(nèi)容仍然欠缺。 作為一種新型的醫(yī)用可降解金屬材料,鎂鋁合金的生物相容性需要進行體內(nèi)試驗評價。本研究采用中科院金屬所研制的鎂鋁合金(AZ31B,3%AL,1%Zn,其余為鎂)通過影像學觀察以及組織學觀察等方面初步研究其生物相容性情況。 目的 1.通過對比觀察鎂鋁合金及其涂層動物體內(nèi)影像學變化評價其生物相容性 2.通過鎂離子濃度變化評價鎂鋁合金及其涂層的生物相容性 3.通過組織學對比觀察評價鎂鋁合金及其涂層的生物相容性 研究方法 1.鎂鋁合金體內(nèi)影像學觀察：實驗動物新西蘭大白兔16只,分為兩組,實驗組MgF2涂層鎂鋁合金圓銷組和對照組無涂層鎂鋁合金圓銷組,植入實驗兔左右下肢,對比觀察兩種材料的生物相容性情況。其中7只實驗兔在左右側(cè)股骨下端分別植入直徑3mm,長10mm的MgF2涂層鎂鋁合金圓銷和無涂層鎂鋁合金圓銷。另外7只兔在左右側(cè)脛骨上端分別植入直徑3mm,長10mm的MgF2涂層鎂鋁合金圓銷和無涂層鎂鋁合金圓銷。2只兔子在豎脊肌左右側(cè)分別植入直徑3mm,長10mmm的MgF2涂層鎂鋁合金圓銷和無涂層鎂鋁合金圓銷。術(shù)后觀察兔子的活動、進食、睡眠、創(chuàng)口、皮下氣腫及纖維囊情況。于術(shù)后當日、4w、12w對植入鎂鋁合金的股骨遠端以及脛骨上端進行X線拍片,于術(shù)后12周對背闊肌中植入鎂鋁合金材料及其周圍軟組織情況進行肉眼觀察,評價兩種材料的生物相容性情況。 2.鎂離子變化觀察：術(shù)前1d、術(shù)后2w、4w、8w、12w對實驗動物進行抽血化驗,測量血清鎂離子濃度,應用重復測量方差分析進行統(tǒng)計分析。檢驗水準α=0.05。 3.鎂鋁合金組織學評價：術(shù)后12周處死實驗動物,取出雙側(cè)股骨,脛骨。PBS緩沖液清洗,固定液固定,制作金屬-骨組織界面硬組織切片并進行Masson染色對比觀察；術(shù)后12周處死實驗動物,取肝,腎組織制作組織HE染色切片,進行光鏡下觀察,病理學以及組織學分析組織形態(tài)結(jié)構(gòu)變化并與正常肝腎組織切片進行比較,評價肝腎組織毒性情況。 結(jié)果 1.影像學以及血清鎂離子濃度觀察 1.1術(shù)后一般情況：所有兔子麻醉清醒后活動良好,進食正常,睡眠良好,術(shù)后創(chuàng)口愈合良好,均無皮下氣腫,無皮膚過敏情況,兩組均未見圓銷周圍纖維囊形成。 1.2X線拍片植入后當天拍片,兩組圓銷植入位置良好,與周圍骨組織接觸較緊密,植入物與骨組織間未見間隙。 植入4w后,MgF2組圓銷與骨組織緊密結(jié)合,形狀無明顯改變,與術(shù)后影像學表現(xiàn)相似。鎂鋁合金組圓銷與骨組織間出現(xiàn)輕微空白影,兩組圓銷周圍均未出現(xiàn)骨質(zhì)吸收溶解情況。 植入12w時鎂鋁合金組圓銷周圍細小空隙基本消失,植入物與骨組織間結(jié)合較緊密,有新生致密骨生成,未見骨質(zhì)改變以及氣體影。MgF2組骨組織與植入物間出現(xiàn)較小空白影,圓銷周圍有新生致密骨形成。兩組骨質(zhì)正常,X線未見骨質(zhì)結(jié)構(gòu)變化。兩組圓銷周圍骨組織均未見骨質(zhì)吸收及溶解現(xiàn)象。 1.3肉眼觀察 12周時背闊肌中無涂層鎂鋁合金圓銷出現(xiàn)降解,表面出現(xiàn)凹陷,較均勻,與周圍肌肉組織結(jié)合緊密,肌肉組織未見顏色改變,未形成纖維狀條索,肉眼觀察未發(fā)現(xiàn)降解后產(chǎn)生的灰黑色產(chǎn)物。MgF2涂層鎂合金材料涂層基本降解,肉眼可見黑色涂層顏色消失,外觀大致與無涂層組相仿,周圍組織一般情況可,未見組織外觀改變,肉眼觀察未發(fā)現(xiàn)降解后產(chǎn)生的灰黑色產(chǎn)物。 1.4術(shù)前1d、術(shù)后8w和12w血清鎂離子濃度統(tǒng)計學分析無顯著性差別(F=1.081,P=0.410)。 2.硬組織切片的觀察 12W時,植入物骨組織界面硬組織切片Masson染色可見鎂鋁合金組骨組織與植入物之間結(jié)合良好,之間有少量纖維組織包膜形成,植入物出現(xiàn)較均勻降解,有骨質(zhì)均勻長入。MgF2組植入物邊緣略不規(guī)則,與周圍骨質(zhì)間存在較多量纖維組織包膜。相比MgF2組,鎂鋁合金組植入物降解更明顯,材料周圍纖維組織更少。肉眼觀察見兔背部兩側(cè)鎂合金均出現(xiàn)不同程度降解,其中MgF2涂層基本降解,鎂合金金屬棒表面出現(xiàn)腐蝕,而鎂鋁合金組圓銷呈現(xiàn)較均勻降解。與肉眼觀察結(jié)果相仿。提示鎂鋁合金及其涂層材料均具有良好組織相容性,而鎂鋁合金組降解速度快于涂層組。 3.肝腎組織切片觀察 12周肝腎組織切片觀察未見肝腎組織毒性。 12周兩組肝組織切片顯示：由肝細胞單行排列成凹凸不平的板狀結(jié)構(gòu)為肝索,圍繞中央靜脈呈放射狀排列,并互相連接成網(wǎng)。肝細胞體積較大,多邊形,內(nèi)含1-2個核,位于中央,核仁明顯,胞質(zhì)染嗜酸性。肝血竇腔不規(guī)則,可見體積較大,具有突起的星形細胞。小葉間動脈腔小而圓,管壁厚,中膜有環(huán)形平滑肌。小葉間靜脈腔大壁薄,管腔不規(guī)則小葉間膽管由單層立方上皮構(gòu)成,胞質(zhì)清亮,核圓著色較深。未見聚集炎癥細胞以及組織結(jié)構(gòu)改變。極少量單核細胞散在分布。 12周兩組腎組織切片顯示：腎小囊壁層為單層扁平上皮,臟層緊貼血管表面與毛細血管的內(nèi)皮分不開,兩層之間的空腔為腎小囊腔,腎小管管腔小而不規(guī)則,上皮細胞為單層立方或錐體形,細胞游離面有刷狀緣,核圓位于近基底部,胞質(zhì)呈強嗜酸性染成深紅色.未見組織結(jié)構(gòu)破壞及炎性改變。 結(jié)論 1.鎂鋁合金和MgF2涂層鎂鋁合金均能與周圍骨質(zhì)發(fā)生緊密結(jié)合,生物相容性良好 2.鎂鋁合金植入動物體內(nèi)后不改變動物體內(nèi)鎂離子濃度,植入后2種材料均無皮下氣腫和纖維囊形成,提示兩種材料生物相容性良好。 3.鎂鋁合金和MgF2涂層鎂鋁合金無體內(nèi)肝腎組織毒性反應,具有良好生物相容性。 4.鎂鋁合金及其MgF2涂層可有效減緩鎂鋁合金的腐蝕率。

【關(guān)鍵詞】：
【學位授予單位】：南方醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：R318.08
【目錄】：

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9 葉迅;趙元;唐光昕;;復合氧化及水熱沉淀法制備純鈦表面梯度生物活性涂層的生物相容性研究[A];中國神經(jīng)科學學會第六屆學術(shù)會議暨學會成立十周年慶祝大會論文摘要匯編[C];2005年

10 劉華;李紅;朱敏鷹;韓媛媛;周長忍;;新型可注射磷酸鈣骨水泥的實驗研究[A];中國化學會第二十五屆學術(shù)年會論文摘要集（下冊）[C];2006年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 記者 馮海波;[N];廣東科技報;2011年

2 王鎬;[N];中國有色金屬報;2011年

3 民涇;[N];醫(yī)藥經(jīng)濟報;2003年

4 通訊員　姚春雨、錢勇　記者　范又;[N];光明日報;2003年

5 鳳慧;[N];中國包裝報;2010年

6 劉其丕 李曉飛;[N];中國有色金屬報;2005年

7 吉兆寧;[N];中國有色金屬報;2006年

8 記者 杜華斌;[N];科技日報;2011年

9 劉奎;[N];中國建材報;2005年

10 記者 白茂槐 通訊員 柳芳秀;[N];中國冶金報;2007年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 丁仲如;新型全鎳鈦合金室間隔封堵器的研制及動物實驗[D];第二軍醫(yī)大學;2006年

2 楊春露;珍珠層人工骨骨誘導作用及相關(guān)機制實驗研究[D];第一軍醫(yī)大學;2007年

3 李泳;多孔鈦鈮合金的表征、生物相容性及在缺損性植骨中的研究[D];中南大學;2012年

4 肖星;鎂合金（AZ60）Ca-P涂層的生物相容性初步研究[D];吉林大學;2013年

5 苗驚雷;多孔鉭鈮合金的制備與生物相容性研究[D];中南大學;2013年

6 齊崢嶸;微弧氧化表面處理的ZK60鎂合金在大鼠體內(nèi)的降解行為及生物相容性研究[D];中國人民解放軍軍醫(yī)進修學院;2013年

7 王嫦君;干眼癥緩釋淚道栓設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)及其相關(guān)性能初步研究[D];浙江大學;2011年

8 陳鵬;PHEMA/SiO_2/n-HA凝膠膜的制備和生物相容性研究[D];福建醫(yī)科大學;2010年

9 劉宗軍;曲尼司特洗脫支架的研制及其預防豬冠狀動脈新生內(nèi)膜增殖的作用[D];第二軍醫(yī)大學;2006年

10 陶運明;二羥基鐵/肝素納米顆粒-VEGF修飾促進去細胞血管基質(zhì)的生物相容性和內(nèi)皮化的研究[D];中南大學;2013年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉時兵;生物工程用新型低彈性模量鈦合金材料研究[D];機械科學研究院;2005年

2 姜海英;氟處理AZ31B生物可降解鎂合金的生物相容性研究[D];中國醫(yī)科大學;2009年

3 鄒敏;納米鈦酸鈣涂層的鈦合金的制備及體外生物相容性的評價[D];中南大學;2012年

4 賀亞敏;幾種醫(yī)用材料的生物相容性評價[D];東南大學;2003年

5 白雪;磁感應腫瘤熱療用鎳銅熱籽生物相容性的研究[D];佳木斯大學;2007年

6 王濤;氰基丙烯酸酯在小梁切除術(shù)的實驗及臨床研究[D];重慶醫(yī)科大學;2007年

7 段志廣;類人膠原蛋白止血海綿的性能研究[D];西北大學;2008年

8 王上元;載阿倫磷酸鈉丙烯酸骨水泥的生物相容性研究[D];中南大學;2008年

9 馬佳妮;仿細胞膜結(jié)構(gòu)納米聚合物膠束的合成與應用研究[D];西北大學;2009年

10 孫秀娟;類人膠原蛋白—透明質(zhì)酸血管支架的性能及生物相容性研究[D];西北大學;2009年

  本文關(guān)鍵詞：鎂鋁合金及其涂層的生物相容性實驗研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：228975