实验目的:华南理工大学依据d-电子设计理论,结合机械球磨和放电等离子烧结法制备的两种新型超细晶β型钛合金,兼具了弹性模量低、机械强度高和抗磨损等优点,因此可以作为生物医用领域的候选材料。而新型钛合金作为植入性材料,临床应用前其生物安全性需要进行验证。此外,两种新型钛合金与商业纯钛之间在体内的成骨能力的差异性也缺乏相关的研究。本研究旨在评估钛铌锆钽硅和钛铌锆锡合金的生物安全性,并对比两种新型钛合金和纯钛植体在骨结合能力及成骨效果方面的差异,为新型钛合金在临床的应用和选择提供实验支持。实验方法:一、生物安全性评价1.细胞毒性反应实验:将MG-63细胞与纯钛及钛合金片共同培养,采用CCK-8法进行测定后计算细胞在不同材料中培养的增殖率,进而对两种新型钛合金材料的细胞毒性进行评价。2.急性毒性反应实验:制备纯钛和两种新型钛合金的浸提液,通过静脉注射方式将浸提液分别注入小鼠体内,观察并记录小鼠的一般状态及毒性表现,参照急性毒性反应实验的评价标准对材料进行评价。3.溶血实验:兔耳缘动脉采血,制成抗凝兔血后与钛合金的浸提液混合后离心,应用酶标仪进行测定后计算两种新型钛合金的溶血率。4.口腔粘膜刺激实验:将材料试样缝合固定于黄金地鼠两侧颊囊粘膜,术后密切观察黄金地鼠全身状况和口内粘膜变化情况,2w后处死受试动物并切取材料接触的组织部位进行HE染色观察。二、骨整合能力的评价将纯钛植体、钛铌锆锡植体和钛铌锆钽硅植体分别植入27只兔的股骨,在植入后的4w、8w和12w分别处死9只兔。1.通过拉出实验测定植体脱出瞬间的力值,计算并比较三种材料在4w、8w和12w时的骨整合能力。2.分别于动物处死前3w和1w,注射盐酸四环素和茜素红荧光染色剂。处死动物后制备含有植体的硬组织切片,通过激光扫描共聚焦显微镜观测荧光标记带,并利用图形软件对标记带间的距离进行测量,计算纯钛及两种钛合金的骨矿化沉积速率。3.采用亚甲基蓝-酸性品红染液对不脱钙的硬组织切片进行染色,光学显微镜下观察并记录,应用图形处理软件进行测量,计算三种材料的骨接触率。实验结果:一、生物安全性评价1.细胞毒性反应实验:两种新型钛合金对细胞增殖行为的影响与纯钛相似,表现为无明显毒性,不会抑制细胞的生长。2.急性毒性实验:观察期内未有小鼠死亡,72h内未见小鼠有中毒症状或者不良反应,体重增长在正常范围内,表明两种新型钛合金无急性毒性反应作用。3.溶血实验:根据国家标准,溶血率小于5%为阴性反应,两种新型钛合金的溶血率分别为0.8%和1.3%,可认为不会引起溶血反应。4.口腔粘膜刺激实验:术后2w,肉眼直接观察颊囊粘膜与材料接触部位无充血,糜烂或炎性渗出现象。HE染色结果也显示,颊囊粘膜上皮完整,无上皮异常或者过度增生;结缔组织中也未观察到炎性细胞浸润,两种新型钛合金无明显粘膜刺激性。二、骨整合能力评价1.拉出实验的结果显示,在4w时,钛铌锆钽硅合金植体的骨界面结合强度高于钛铌锆锡合金植体和纯钛植体,具有显著差异(p<0.05)。在8w和12w时,三种植体材料的骨结合强度不存在显著差异。2.在第4w时,钛铌锆钽硅合金植体的骨矿化沉积速率明显高于纯钛植体(p<0.05),但与钛铌锆锡合金植体之间没有显著差异性。在8w和12w时,三种材料之间的骨矿化沉积速率均无显著差异。3.光学显微镜下,第4w时可见各组植体周围少量的新骨生成,有少量纤维组织长入;第8w时各组植体周边骨组织增多,腔隙性结构减少,且骨小梁数目增多;第12w时,三种材料的植体与骨组织接触更加连续,骨小梁结构致密。三种材料在第4w、8w和12w的骨接触率均未见明显差异性。结论:两种新型超细晶β型钛合金均表现出良好的生物安全性。与纯钛和钛铌锆锡合金相比,钛铌锆钽硅合金可促进早期的成骨,能明显提高早期骨矿化沉积速率和骨结合强度。