钛铌锆β钛合金生物相容性的体外实验研究

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1、钛铌锆β钛合金生物相容性的体外实验研究作者：贾庆卫，宁聪琴，丁冬雁，汤亭亭，严孟宁,周新社，戴尅戎【摘要】［目的］通过体外实验对自行研发的低弹性模量、高强度新型β型钛合金人工关节假体材料生物相容性进行评价。［方法］（1）采用L-929细胞（小鼠成纤维细胞）对合金进行细胞毒性试验，将细胞相对增殖率（RGR）转换成6级材料毒性进行评级。（2）将1μm左右的钛铌锆合金（Ti-Nb-Zr）颗粒与J774A.1巨噬细胞体外共同培养24～48h后，采用倒置相差显微镜和透射电镜观察细胞变化、RT-PCR方法测定IL-6和TNF-α表达、ELI

2、SA法测定细胞培养上清TNF-α等方法对Ti-Nb-Zr的生物相容性进行评价，并与传统的人工关节假体材料进行比较。［结果］Ti-Nb-Zr的细胞毒性为0级。吞噬了Ti-Nb-Zr颗粒的J774A.1巨噬细胞形态改变明显轻于钴铬钼颗粒组和钛铝钒颗粒组。巨噬细胞与钛铝钒合金颗粒、钴铬钼合金颗粒和Ti-Nb-Zr颗粒共同培养48h后都有IL-6和TNF-αmRNA表达的增加，钴铬钼颗粒和钛铝钒颗粒引起增加更加明显。ELISA方法测定显示：巨噬细胞吞噬Ti-Nb-Zr颗粒48h后分泌TNF-α的量明显低于钛铝钒和钴铬钼（P<0.0

3、5）。［结论］低弹性模量Ti-Nb-Zr钛合金具有优良的体外组织相容性，是一种有前途的骨科内植物材料。【关键词】钛铌锆；生物相容性材料；体外研究［Method］（1）thecelltoxicityofTi-Nb-Zredinto6toxicityranksinaccordingacrophagesculturedeterfor24-48hoursicroscopyandtransmissionelectronmicroscopy.ExpressionofIL-6andTNF-αmRNAinthesecellseasuredusi

4、ngRT-PCRtechnique.TheTNF-αinthesupernatanteasuredusingELISAmethod.AlltheresultsplantsmetalmaterialssuchasTi-6Al-4VandCo-Gr-Mo.［Result］ThecelltoxicityofTi-Nb-Zracrophagesunderthelightmicroscopy.Ti-Nb-ZrparticlesmadetheJ774.A1macrophageslessconfigurativechangesthanTi-6

5、Al-4VandCo-Gr-Modid.ExpressionsofIL-6andTNF-αmRNAinJ774.A1cellulationfor48hoursbyallkindsofmetallicmaterials.TheTNF-αinthesupernatantsofTi-Nb-Zrgroupalloysdevelopedintheauthor'slabhaveloodulusandgoodbiopatibility.Itisapromisingmaterialfororthopedicimplants.Key-niobiu

6、m-zirconium;biopatiblematerials;invitro目前使用的人工关节假体和内固定大多以高弹性模量金属材料制造，置入体内易产生“应力遮挡”效应，导致植入物周围骨吸收，这是引发假体松动和内固定节段骨质疏松的主要力学原因［1、2］。以Ti-6Al-4V为代表的钛合金弹性模量低于钴铬钼合金和不锈钢，但是仍然偏高，且含有V和Al两种被认为是对生物体有毒的元素，因此研制生物相容性更好的低弹性模量材料成为骨科人工关节材料发展的方向。β型钛合金以其生物相容性优良的合金元素构成和独特的晶体结构满足了人们对生物材料生物相

7、容性和低弹性模量力学相容性的要求，同时又具有足够的力学强度，成为骨科生物材料研究的热点［3］。作者通过向钛基中加入相容性更好的合金元素Nb、Zr等元素，在国内首次成功研制钛铌锆β型钛合金（Ti-Nb-Zr）。Ti-Nb-Zr的抗拉强度：706～874MPa，弹性模量：59～66GPa，延伸率：5.4％～20%。达到了低弹、高强的设计目标［4］。本研究通过多种体外实验的方法进一步对其生物相容性进行评价，与传统的人工关节假体和内固定材料进行比较，为临床应用提供实验依据。1材料与方法1.1钛铌锆β型钛合金（Ti-Nb-Zr）的研制将合

8、金元素（钛、铌、锆）按不同比例混合，在真空自耗电弧炉中熔炼、浇注成圆棒（铸造态）。取铸造态材料在高温区锻造，可得到锻造变形合金（图1）。1.2金属材料颗粒的制造与颗粒混悬液的制备采用作者实验室研发的设备，制备Ti-Nb-Zr颗粒供实验使用［5］。颗粒平均直径（D