純鈦表面梯度涂層或塑性變形納米化對生物相容性的影響.pdf

1、目的: 醫(yī)用生物材料表面修飾可提高材料的生物相容性。純鈦是目前臨床最常用的醫(yī)用生物材料之一，但生物相容性不足；通過表面修飾提高純鈦的生物相容性是目前研究的熱點之一。本研究目的是在應用新型的塑性變形和低溫燒結(jié)技術，使純鈦表面產(chǎn)生納米化結(jié)構(gòu)基礎上，觀察表面納米化純鈦生物相容性的變化，從而為新型醫(yī)用內(nèi)植材料研制、開發(fā)以及應用提供理論支持和實驗依據(jù)。 材料和方法: 1、純鈦表面納米梯度涂層的制備、表征和生物相容性的檢測：

2、 應用低溫燒結(jié)技術在純鈦表面制備羥基磷灰石/生物玻璃梯度涂層，再經(jīng)過模擬體液的浸泡，最后產(chǎn)生納米化的涂層表面。應用掃描電鏡、X射線衍射儀對梯度涂層材料表面進行檢測，用抗拉試驗測試梯度涂層與鈦基底之間的結(jié)合強度。體外觀察人成骨樣細胞系(Saos-2)在涂層表面的黏附、增殖。將上述材料制備的種植釘24枚分別植入12只新西蘭兔股骨髁，用同型號未處理的純鈦釘作為對照。分別于術后1mon、3mon、6mon行X線攝片，處死動物切取標本；硬

3、組織切片和磨片，通過觀察四環(huán)素熒光標記，確定種植釘周圍新生骨的多少。行硬組織切片的苦味酸-品紅染色，觀察界面愈合、骨沉積和種植體-骨界面骨結(jié)合情況。 2、純鈦表面塑性變形納米化結(jié)構(gòu)的制備、表征及其生物相容性的研究： 10 mm×10 mm×1 mm大小規(guī)格的醫(yī)用鈦板，應用SNC-I金屬材料表面納米化試驗機，在一定條件下，分別進行不同時間的處理。 根據(jù)塑形變形處理時間不同分為：30 min組(n=6)、60min組

4、(n=6)和90 min組(n=6)，另設未處理純鈦為對照組(n=6)；應用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、透射電鏡、激光共聚焦顯微鏡、動態(tài)力學測試儀等對塑性變形材料進行表征。以人成骨樣細胞系(Saos-2)細胞為對象，應用激光共聚焦顯微鏡和熒光顯微鏡進行細胞黏附、細胞骨架蛋白和形態(tài)的觀察和檢測；四唑溴鹽(MTT)法檢測細胞增殖狀況；RT-PCR法檢測細胞骨分化相關基因BMP-4的表達。SAS6.0軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析。

5、結(jié)果: 1、低溫燒結(jié)制備的納米羥基磷灰石/生物玻璃梯度涂層為多孔粗糙結(jié)構(gòu)，涂層表面羥基磷灰石晶體為不規(guī)則的短柱狀，尺寸為100 nm以下。涂層基底部與鈦形成致密結(jié)合，無微細裂紋，抗拉試驗顯示梯度涂層與鈦結(jié)合強度達到35.5±3.5 Mpa。人成骨樣細胞系（Saos-2）在涂層表面黏附、增殖明顯優(yōu)于對照組。動物體內(nèi)實驗示梯度涂層種植釘與周圍骨形成良好的骨整合，周圍新生骨明顯增多。 2、鈦板在鋼球彈丸直徑8 mm、振動頻率5

6、0 Hz、真空和室溫條件下，分別進行30 min、60 min和90 min的處理，得到試驗所用材料。純鈦表面塑性變形處理30～90 min時，粗糙度為10～100 μm，在大孔內(nèi)有粒徑30～100 nm的小孔和晶體顆粒，粒徑范圍約30～100 nm。塑性變形納米化純鈦的X射線衍射峰強度降低，衍射峰寬化，彈性模量下降了20％左右。塑性變形60 min和90 min能在純鈦表面獲得良好的表面納米化結(jié)構(gòu)。納米化純鈦表面結(jié)構(gòu)顯著促進細胞黏附(

7、P<0.05)，60 min組材料的細胞鋪展要優(yōu)于其它組；處理組材料表面細胞肌動蛋白絲規(guī)律性沿著細胞的長軸方向分布,塑性變形60 min純鈦表面細胞較為典型。60min組和90min組細胞的BMP-4表達高于對照組(P<0.05)。 結(jié)論: 純鈦表面通過梯度涂層和塑性變形能形成納米化結(jié)構(gòu)；該類結(jié)構(gòu)能明顯提高成骨樣細胞在其表面的黏附、增殖等。梯度涂層納米化表面修飾能促進種植釘?shù)墓钦夏芰Α?表明納米化結(jié)構(gòu)有較好的組織相容性