生物力学相容多孔钛的制备及其活化研究

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1、蛐川大学预』擘位沦文生物力学相容多孔钛的制备及其活化研究生物医学工程专业研究生李虎指导教师张兴栋教授摘要理想的骨组织替换材料应满足生物相容，包括生物力学相容和生物活性等条件。到目前为止，所有的骨替换材料(包括陶瓷、高分子材料、会属及复合材料)都各有其优缺点。以羟基磷灰石(HA)为代表的磷酸钙类qt物陶瓷材料与自然骨的无机成分类似，具有良好生物相容性、骨传导性和存某些环境下的骨诱导’陛(即在不外加生长因子的非骨环境下能诱导骨的形成)。但由于其强度低、脆性大、成型困难以及在生理环境抗疲劳性差而仅限于非负重骨缺损

2、修复。以钛及其合金为代表的会属骨替换材料，具有高强度、良好的抗冲击性、抗疲劳性和生物相容性而特别适合承重部位的骨修复，而}l通过一定的表面活化技术的处理，钛还具有良好的生物活性早已被广泛运用予临床。f臣是，钛和自体骨力学性能(主要是弹性模量)不匹配，容易造成植入体周围出现骨应力吸收，最终导致植入失败，改进钛与骨的力学相容性，是医用钛和钛合金的主要研究课题。本文成功运用传统的浆料发泡法制备出不同孔隙率的多孔钛。XRD分析结果表明，此多孔钛为纯钛，没有任何杂相的出现：力学测试结果发现，孔隙率为58％的多孔钛的抗

3、压强度为190．7MPa，抗弯强度为l59～IPn，弹性模量为4．15GPa，与人骨的力学性能非常相似，有利于避免植入体与骨的力学性能的不匹配带来的应力集中，提高植入体的寿命；扫描电镜结果发现，多孔钛具有良好的三维多孔结构，定量图形分析系统分析表明，其孔径主要分布在loO一700um，平均孔径为460“m，此孔隙结构有利于骨组织的长入，实现更好的生物摘《固定。而且，在宏观大孔的孔壁上分布有大量的孔径约10um的微jL，有利于多孔钛具有骨诱导性。对生物力学相容多孔钛的表面活化方法研究表明，经酸碱处理和碱热处理

4、后的多孔钛在模拟体液中浸泡一段时间后都能在其表面形成一层类骨磷狄石层，表现出良好的生物活性。酸碱处理后的钛表面能形成一层分布均匀网络状的多孔结构，而碱热处理后的钛表丽形成的是针状结构。酸碱处理的多孔钛表面具有比碱热处理的钛表面更高的表面能，更有利于类骨磷狄石晶核的形成，进而抑制晶体的长大，从而在其表面形成一层分布均匀，晶粒细小的类骨磷狄石层。酸碱处理钛表面类骨磷灰石的快速形成表明，酸碱处理的多孔钛表面具有比碱热处理的钛表面更高的生物活性。同时，本文还对不同表匝处理多孔钛表面蛋白吸附特性进行了初步研究。结果表

5、明，不同表面处理钛表面蛋白质的吸附量呈以下关系：酸碱处理多孔钛(SPT)>碱热处理多fL钛(JPT)>多孔钛(PT)，酸碱处理钛片(ST)>碱热处理钛片(JT)>未处理钛片(T)。与碱热处理相比，酸碱处理多孔钛表面的微米缴网络多孔结构提高了多孔钛表面能，在BSA溶液中浸泡后在表面形成更多的带负电的(OH)基团，更有利于蛋白的吸附。因此，酸铖处理将是种有效的多孔钛表面活化技术。最后，本文还对成骨细胞和材料进行复合培养，通过MTT法以及扫描rn镜观察细胞在材料表面的吸附、增殖分裂等情况，以评价多孔钛的生物相容性

6、。结果发现：在细胞和材料复合培养早期。酸碱处理、碱热处I里均能显著促进细胞的增殖、分化：成骨细胞和材料复合培养6天后，扫描电镜观察发现：细胞在PT，SPT，JPT样品表面呈多层重叠状密集排列，细胞火多成梭彤或者多角形，细胞形态完整，延展较充分，细胞增殖活跃。由此表明，经过酸碱、铖热处理的多孔钛均具有良好的生物相容性。关键词：多孔钛浆料发泡法生物力学相容性生物活性蛋自吸附体外细胞培养U¨f人学硕jj学位论文Researchonpreparationofporoustitaniumwithbiomechanic

7、alcompatibilityandbioactivityAbstractSpecialty：BiomedicalEngineeringPostgraduatestudent：LiHuSupervisor：ZhangXingdongIdealbonesubstitutematerialsshouldsatisfysomerequirementssuchasbiocompatibility，bioactivityandcompatibilityinbiomechanics．Uptodate，atldevelo

8、pedbonesubstitutematerials(includingceramics，polymers，metalsandcomposites)havetheirownadvantagesanddisadvantages．Hydroxyapatite，whichrepresentscalciumphosphateceramicsfamily，issimilarincompositionwithnaturalb