多孔钽铌合金的制备与生物相容性研究

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1、中图分类号醛鱼墨垒UDC6l0博士学位论文学校代码!Q§三三密级坌珏多孑L钽铌合金的制备与生物相容性研究FabricationandBiocompatibilityEvaluationofaNovelPorousTantalum--NiobiumAlloy作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：苗惊雷临床医学外科学湘雅三医院张朝跃教授论文答辩日期出[鑫丘叠么答辩委员会主席中南大学2013年5月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写

2、过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：日期：苎生年』月盟日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。臌举燧飙期：砬年一吩多孔钽铌合金的制备与生物相容性研究摘要

3、1绪论骨科生物材料在近半个世纪经历了飞速发展，但作为应用最为广泛的内植物，传统金属材料仍面临应力遮挡和骨一植入物界面结合两大问题，普遍存在于脊柱、关节、创伤等领域。以多孔钽为代表的多孔金属是近年来出现的一种新型骨科生物材料，具有与松质骨骨小梁结构相似的孔隙结构，适合骨组织长入的孔隙大小及与骨组织相近的弹性模量，是目前生物材料领域的研究热点。铌具有良好的生物相容性，且可通过上调碱性磷酸酶活性增强成骨细胞功能表达，促进成骨。本研究通过泡沫浸渍技术与粉末冶金技术制备具有良好孔隙结构及生物力学性能的多孔钽铌合金，并通过体外与MC3T3。E1细胞共培养及体内植入实验评价其组织相容性

4、，为多孔钽铌合金的临床应用提供实验依据。2多孔钽铌合金的制备及性能目的：制备多孔钽铌合金并测定其理学性能。方法：结合粉末冶金法和胶体浸渍法，通过成分设计制备三种不同Nb含量(5％，10％以及15％)的Ta．Nb多孔金属并通过SEM，光学显微镜，力学试验机等分别对材料的孔隙度，孔隙结构，微观结构，力学强度以及弹性模量进行观察和表征。通过优化和选择，找到适合的Ta．Nb多孔合金成分以及制备该材料的最优化的工艺。结果：通过SEM和光学显微镜以及密度测试，三种成分的多孔材料兼具有55％左右的孔隙率，开孔率在95％左右，孔隙大小在400“m左右，这些参数与材料的成分变化关系不大；通

5、过压缩试验和抗弯试验，发现随着Nb含量的增加弹性模量和压缩强度在10％含量的Nb时，抗压强度为83．43MPa，弹性模量为2．54GPa，压缩曲线显示该材料具有良好的应力塑性平台。结论：通过粉末冶金和胶体浸渍法成功制备出Ta—Nb多孔材料。在Nb含量10％的多孔钽铌合金具有最佳的孔隙结构、开孔率及力学性能指标。3多孔钽铌合金体外对成骨细胞的分子相容性研究目的：探讨多孔钽铌合金对小鼠成骨细胞系MC3T3．E1的分子相容性。方法：通过不同浓度多孔钽铌合金浸提液对小鼠成骨细胞系MC3T3．E1的毒性试验探讨其安全性。将MC3T3。E1细胞分别种植在多孔钽铌合金、多孔钽及致密钽铌

6、合金表面，进行吖啶橙染色、细胞计数及扫描电镜观测细胞在三种材料表面的粘附及增殖情况。应用Q．PCR技术测定MC3T3．E1与三种材料共培养后对I型胶原、ALP、OC、Ki67、Inte玛inB1、TGF．p和Cbfa．1mRNA的表达情况，从分子水平探讨多孔钽铌对成骨细胞功能相关基因的影响。结果：材料浸提液细胞毒性实验结果显示多孔钽铌浸提液对小鼠成骨细胞系MC3T3。E1的毒性级别为0．I级，．属于无毒范围。多孔钽铌浸提液对MC3T3一E1的增殖无抑制作用，与阴性对照组比较无显著性差异。多孔钽铌和多孔钽对成骨细胞的粘附能力高于致密钽铌合金(P<0．05)。MC3T3一E1

7、细胞在多孔钽铌及多孔钽表面的增殖情况同样优于致密钽铌合金，细胞计数结果显示有显著性差异(P<0．05)。电镜扫描可见MC3T3．E1在多孔钽铌合金及多孔钽表面生长良好，细胞数量随时问延长而增加，并向孔隙内部生长。ImerginB1、Cbfal、TGF．BInJ[ⅢA在多孔钽铌合金及多孔钽表面细胞中表达强于致密钽铌合金，多孔钽铌合金表面细胞对ALPmRNA的表达强于另外两组，差异均有统计学意义。结论：多孔钽铌对小鼠成骨细胞MC3T3．E1无毒性，可以促进MC3T3．E1的粘附、分化和增殖，生物相容性不亚于多孔钽。多孔钽铌可上调I