【摘要】：研究背景： 目前，鈦合金材料（Ti6Al4V）內(nèi)植物已成為最主要的醫(yī)用金屬內(nèi)植物組成之一，然而其生物活性尚不夠理想，在內(nèi)植物—骨組織結(jié)合界面的成骨效果存在進(jìn)一步提高的可能。如何通過金屬材料表面改性技術(shù)，在鈦合金材料表面制備具有較高生物學(xué)活性的新型涂層，成為提高醫(yī)用金屬內(nèi)植物材料的生物學(xué)活性以及其生物體內(nèi)成骨效果的關(guān)鍵點。 通過回顧文獻(xiàn)，我們認(rèn)為陽極氧化法和微弧氧化法（MAO—Micro-arc oxidation）是提高醫(yī)用鈦合金內(nèi)植物表面生物學(xué)活性較為理想的選擇。陽極氧化技術(shù)利用電化學(xué)處理法制備二氧化鈦（TiO2）納米管（NT-nanotube），工藝流程簡單，適合應(yīng)用于形狀復(fù)雜的醫(yī)用鈦合金內(nèi)植物表面，通過調(diào)整制備工藝參數(shù)，能夠使TiO2-NT的管徑在幾十到幾百納米范圍內(nèi)變化；另一方面，通過MAO技術(shù)能夠在醫(yī)用鈦合金材料表面制備微孔凹陷及微米級氧化層，并在其表面形成的特異性氧化膜中加入鈣和磷，從而提高內(nèi)植物材料表面涂層的生物學(xué)活性。關(guān)于上述兩種表面改性技術(shù)的體外細(xì)胞研究很多，一些研究表明與成骨細(xì)胞共培養(yǎng)能夠不同程度地提高其粘附、增殖和分化的能力，同樣也有學(xué)者持不同觀點，但究竟哪種改性方法具備更好的生物學(xué)活性尚無定論。此外，相關(guān)的動物體內(nèi)研究報道很少，哪種表面改性技術(shù)具備更好的內(nèi)植物—骨組織界面結(jié)合力，進(jìn)而獲得更好的體內(nèi)成骨效果同樣缺少明確的研究結(jié)果支持。 本實驗擬基于探索具備更好生物學(xué)活性和體內(nèi)成骨效果的醫(yī)用內(nèi)植物材料表面涂層，比較兩種醫(yī)用鈦合金內(nèi)植物表面改性涂層的體外生物學(xué)活性和體內(nèi)成骨效果的優(yōu)劣，初步評價其臨床應(yīng)用前景。 研究目的： 采用兩種表面改性方法處理鈦合金試樣，通過將試樣與大鼠成骨細(xì)胞體外共培養(yǎng)和植入兔股骨髁部進(jìn)行體內(nèi)觀察，以評價兩種表面改性技術(shù)對成骨細(xì)胞功能的影響和動物體內(nèi)早期成骨能力及骨修復(fù)效果，從而初步評價其臨床應(yīng)用前景。 研究方法： 1.采用陽極氧化法和微弧氧化法兩種表面改性技術(shù)對鈦合金試樣進(jìn)行改性處理，并設(shè)立未進(jìn)行處理的鈦合金試樣作為對照組。 2.場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）觀察各組試樣的表面形貌特征，并檢測試樣表面的晶相結(jié)構(gòu)、水接觸角和表面能。 3.傳代培養(yǎng)SD大鼠仔鼠原代成骨細(xì)胞(osteoblasts，OB)，將3代細(xì)胞接種于各組試樣表面，評價OB在不同試樣表面貼附、增殖和分化的能力。 4.將各組試樣植入兔股骨髁部缺損，在不同的時間點行大體觀察、熒光電鏡觀察、組織學(xué)分析和內(nèi)植物推出實驗。 研究結(jié)果： 1.采用陽極氧化技術(shù)能夠在鈦合金試樣表面成功構(gòu)建具備不同管徑TiO2-NT的表面形貌，，微弧氧化技術(shù)可以在試樣表面制備微米級的氧化膜層形貌。 2.各組試樣的形貌表征研究中，XRD測試結(jié)果表明，陽極氧化試樣表面的TiO2-NT結(jié)構(gòu)是由無定形的TiO2組成， MAO處理試樣表面氧化膜層的元素晶像構(gòu)成為：膜層中TiO2的大部分是由金紅石型和銳鈦礦型TiO2所組成；陽極氧化組與MAO組和對照組相比，其水接觸角明顯減小，表面能顯著提高(p 0.05)，MAO組試樣與對照組相比，水接觸角減小且表面能增高(p 0.05)。 3.成骨細(xì)胞在陽極氧化組試樣表面的粘附、增殖和分化能力均顯著優(yōu)于MAO組和對照組(p 0.05)，20V陽極氧化處理所制備的70nm的TiO2-NT具有最佳的促進(jìn)成骨細(xì)胞早期貼附和增殖的能力(p 0.05)。 4.熒光電鏡觀察結(jié)果顯示：試樣植入4周時在陽極氧化組試樣表面被致密均勻的新生骨組織覆蓋，并且看到桔紅色標(biāo)記物的出現(xiàn)，而MAO組試樣表面有少量骨組織生成，對照組表面生成的骨組織更少，然而兩組中均未產(chǎn)生桔紅色標(biāo)記物；植入8周時，各組試樣表面新生的骨組織進(jìn)一步增加，陽極氧化組表面的骨組織更加均勻致密，不斷向外周生長。 5.組織學(xué)分析結(jié)果顯示：隨試樣植入時間的延長各組試樣表面新生骨組織不斷增加，分別在植入4周、8周和12周時，陽極氧化組試樣表面覆蓋生長了更加致密并且均勻分布的新生骨組織。 6.內(nèi)植物推出實驗結(jié)果表明：試樣植入2周、4周和12周時，陽極氧化組試樣的最大推出載荷及剪切強(qiáng)度均顯著高于MAO組和對照組(p 0.05)；植入2周和4周時，三組陽極氧化試樣中，20V電壓處理組具有最大的推出載荷和剪切強(qiáng)度(p 0.05)；然而植入2周時，MAO組試樣的兩項指標(biāo)稍高于對照組(p0.05)。 結(jié)論： 1.通過陽極氧化技術(shù)能夠在醫(yī)用鈦合金材料表面制備不同管徑（20-100nm）的TiO2-NT形貌特征，利用MAO技術(shù)可以在鈦合金材料表面成功構(gòu)建微米級氧化膜層形貌。 2.體外細(xì)胞實驗表明，鈦合金材料的納米級形貌特征能夠顯著提高成骨細(xì)胞的粘附、增殖和分化能力，其中70nm管徑的TiO2-NT具備最優(yōu)的生物學(xué)活性。 3.動物體內(nèi)實驗證明，鈦合金材料的納米級形貌特征能夠顯著地促進(jìn)早期成骨，具有更好的內(nèi)植物—骨組織界面穩(wěn)定性，其中70nm管徑的TiO2-NT具有最佳的骨缺損修復(fù)效果。 4.通過陽極氧化表面改性技術(shù)構(gòu)建的TiO2-NT形貌特征，可以顯著提高內(nèi)植物表面的生物學(xué)活性，能夠更好地促進(jìn)內(nèi)植物周圍早期成骨，并且具有更理想的內(nèi)植物—骨組織界面穩(wěn)定性，為醫(yī)用鈦合金內(nèi)植物表面TiO2-NT涂層在臨床上的初步應(yīng)用提供了理論依據(jù)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R318.08

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2433562