论文部分内容阅读
为了改善钛金属植入材料生物活性差,植入体内后与骨组织无法形成骨结合的不足,本研究通过激光快速成形(Laser rapid forming,LRF)技术在纯钛表面制备磷酸钙陶瓷涂层,期望将金属良好的力学性能与生物陶瓷的生物活性相结合,并通过生物学性能评价,探索该材料与骨界面早期成骨的生物机制,为LRF技术制备钛基磷酸钙陶瓷涂层材料在临床应用提供理论和实验基础。方法:1.将80% CaHPO4·2H2O和20% CaCO3混合粉末为原料,采用LRF技术在纯钛基体材料表面上原位合成磷酸钙陶瓷涂层,检测成形涂层的微观组织结构、化学成分和物相组成;采用含血清的DMEM细胞培养液为模拟体液,通过浸泡试验,观察试件表面微观形貌变化,评价其表面诱导类骨磷灰石沉积的能力。2.根据相关国家标准和行业标准,通过体外细胞毒性试验(GB/T 16886.5-2003)、溶血试验(YY/T 0127.1-1993)和口腔粘膜刺激试验(YY/T 0279-1995),评价成形涂层的生物安全性。3.将成骨细胞在成形涂层表面进行体外培养,抛光纯钛作为对照组,采用MTT法、流式细胞仪、形态分析和real time RT-PCR方法,检测材料和细胞相互作用后引起的细胞黏附、增殖和成骨相关基因表达的变化。4.将成形涂层和抛光纯钛植入体分别植入兔股骨内,于4周和8周后,通过组织形态学观察评价植入体—骨界面,了解植入体与骨组织的愈合情况和相互反应。结果:1.采用激光功率400W,扫描速度100mm/min、送粉量3.0g/min、搭接率为35%的工艺参数,以80wt%CaHPO4·2H2O和20wt% CaCO3混合粉末为原料,原位合成法制备了钛基磷酸钙陶瓷涂层。涂层表面表面分布着大量的Ca、P、O元素和少量的Ti、C元素,成形涂层主要物相为生物活性陶瓷β-TCP,成形涂层可分为陶瓷层、过渡层以及基材三个层次,结合界面过渡连续无裂纹,实现了良好的冶金结合。2.模拟体液浸泡试验结果表明,LRF磷酸钙陶瓷涂层可能具有诱导磷灰石沉积的能力,从而促进磷灰石的成核沉积和晶体生长。3.体外细胞毒性试验结果显示LRF磷酸钙陶瓷涂层材料无细胞毒性;溶血试验结果显示其溶血率小于5%,具有良好的血液相容性;口腔粘膜刺激试验结果显示其对粘膜无刺激性。4. LRF磷酸钙陶瓷涂层材料可以促进其表面培养成骨细胞的早期黏附和增殖,该作用与其表面的拓扑结构和化学组成有关;LRF磷酸钙陶瓷涂层材料通过调整骨相关基因的表达量,调控了成骨细胞的细胞周期,可以促进细胞DNA合成、细胞分裂和增殖。5. LRF磷酸钙陶瓷涂层植入体具有良好的生物活性,可以与骨组织紧密结合,具有明显的加快骨组织形成和改建的作用。结论:以CaHPO4·2H2O和CaCO3粉末为原料,采用LRF技术原位合成法制备了钛基磷酸钙陶瓷涂层材料,成形涂层的物相组成和微观组织结构均较理想,具有可靠的生物安全性和良好的细胞相容性,同时可以诱导类骨磷灰石的沉积,加速骨组织的形成和改建,缩短植入体的骨结合时间。