3D打印医用多孔钛的表面改性及功能化研究

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3D打印技术作为一种新型的制造技术已引起广泛的关注,特别是在生物医用植入医疗领域首先获得成功应用。但由于打印成形过程易产生热应力、残余应力、各种缺陷及存在未熔融金属颗粒等问题,未经处理的3D打印制造的医用Ti植入体表面生物活性较低,骨整合能力较弱,不利于长期的植入。同时,多孔钛由于表面粗糙易发生细菌感染,在植入人体后因染菌可导致种植失败。通过表面改性技术,可赋予其一定的功能,使其能够更好更持久地作用于机体内。本论文重点从提高材料表面生物活性和抗菌性能出发,对3D打印多孔钛(3DTi)进行表面改性修饰,结合化学刻蚀、生物化学修饰、阳极氧化、电化学沉积等表面处理技术在多孔钛表面构筑功能性涂层,从而提高3D打印多孔钛的生物活性和抗菌性能。主要结论如下:1.首先运用阳极氧化和酸蚀-阳极氧化两种表面处理方法,对3DTi进行预处理,通过体外细胞培养实验,考察预处理后材料的生物活性,结果显示在酸蚀-阳极氧化的样品表面细胞增殖能力更强。2.利用提拉浸渍法和振荡浸泡法,在多孔钛表面构筑一层丝素蛋白(SF)梯度载银复合膜层(SF-Ag),体外蛋白吸附和细胞培养实验结果显示,SF膜具有极强的蛋白吸附能力,适宜浓度的载银样品(SF-Ag4)兼具良好的抗菌性能和细胞相容性。3.对SF膜层和不同银含量的SF-Ag复合膜层进行细菌培养实验,结果显示,纯SF膜不具备抗菌能力,而载银后的样品可以有效抑制大肠杆菌在材料表面的黏附,杀菌率与Ag的梯度浓度呈正相关,高银含量的样品有效杀菌率达93%以上。4.利用电化学沉积的方法,在酸蚀后的多孔钛微米表面构筑三种钙磷盐生物活性涂层(HA、DCPD、OCP),并对三者进行接触角和蛋白吸附实验,结果发现涂覆了一层钙磷盐后的样品均展现出超亲水特性,其中OCP的蛋白吸附能力最强。体外细胞培养实验中,小鼠前成骨(MC3T3-E1)细胞在HA样品的表面黏附、增殖效果最佳,同时显示出良好的促成骨细胞分化性能。
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