Mg-Zn-(β-TCP)复合材料生物相容性的评价

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目的:探讨Mg-6%Zn-(β-TCP)复合材料的生物相容性和体内降解行为及对骨缺损愈合的影响,为制备新型可控降解镁合金医用植入材料提供理论基础。   方法:采用粉末冶金方法制备β-TCP含量分别为5%,10%和15%的Mg-6%Zn-(β-TCP)复合材料;用浸泡实验研究Mg-6%Zn-(β-TCP)复合材料的抗腐蚀性能;用MTT法检测Mg-6%Zn-(β-TCP)复合材料的细胞毒性;体内植入实验评价Mg-6%Zn-(β-TCP)复合材料对骨缺损愈合的影响,用离子浓度检测不同时间点术前与术后血液中的镁、锌、钙离子浓度,于术后第2周、4周、8周、12周时间处死动物,对心脏、肝脏、肾脏和植入体周围背部肌肉行组织切片检查,骨标本行Mirco-CT和脱钙组织切片检测;对植入体内2周和4周残留的复合材料行SEM和EDS分析。   结果:采用粉末冶金方法制备的含5%、10%和15%(β-TCP)的Mg-6%Zn复合材料的分别为21、24、36GPa,均与人体骨质的弹性模量3-20GP相接近。体外浸泡实验结果表明(β-TCP)的添加量对浸泡液离子浓度影响不大,浸泡液PH值变化最小的为Mg-6%Zn-10%(β-TCP),浸泡过程中Mg-6%Zn-5%(β-TCP)试样质量变化较明显。Mg-6%Zn-10%(β-TCP)和Mg-6%Zn-15%(β-TCP)两组试样,其抗腐蚀性能较好;MTT法检测结果发现含10%和15%(β-TCP)的两组复合材料的100%、50%、10%浓度浸提液对L929细胞均无毒性;复合材料植入体内后2周、4周、8周、12周血液内Mg2+离子在1.65~1.85mmol/L范围内波动(正常值0.88~2.22mmol/L),Ca2+在3.65~4.02mmol/L范围内波动(正常值3.1~5.2mmol/L),Zn2+在86~96.4μmol/L范围内波动(正常值76.5~170μmol/L);植入2周、4周、8周、12周后组织切片结果显示植入物均未引起心脏、肝脏、肾脏的明显病理改变,周围软组织内未见明显的炎症反应和坏死;Micro-CT扫描检查发现2周时复合材料边缘还清晰;4周时边缘开始模糊,有点状的缺损区,骨缺损愈合,复合材料周围有新骨生成;8周时材料已有部分的缺损,新骨开始包裹住复合材料;12周时两组复合材料均己不成形,耐腐蚀性能较好的Mg-6%Zn-15%(β-TCP)组的还存有一部分,Mg-6%Zn-15%(β-TCP)组已完全不显影,复合材料植入区有新骨生成。上述结果复合材料随着植入时间的延长逐渐降解。骨标本脱钙切片检测发现:在植入物周围有新生的骨组织,可见到骨细胞和成骨细胞,少量的纤维组织。植入体内的残留试样SEM和EDS检测发现试样表面沉积物为富含Mg、O、P、Ca、Zn等物质。   结论:1.采用粉末冶金方法能制备不同β-TCP含量的Mg-6%Zn复合材料,其力学性能与骨质相匹配。   2.体外浸泡实验,10%和15%(β-TCP)含量的Mg-6%Zn复合材抗腐蚀性能较好。   3.细胞毒性试验,Mg-6%Zn-10%(β-TCP)、Mg-6%Zn-15%(β-TCP)浸提液无细胞毒性。   4.植入体复合材料内能逐渐降解,未明显增加血液中Mg2+、Ca2+、Zn2+的浓度,对心脏、肝脏、肾脏和植入体周围软组织无明显病理损害,对骨缺损的骨愈合无影响,在植入体周围有新骨生成。10%(β-TCP)添加量的复合材料具有较好的耐腐蚀性能。
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