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簡介:背景和目的隨著納米技術(shù)日新月異的進(jìn)步,各種各樣的納米產(chǎn)品充斥著人們的生產(chǎn)生活。但對于納米粒子如何侵入機(jī)體細(xì)胞,如何移行分布,代謝排出,及其產(chǎn)生的生物醫(yī)學(xué)效應(yīng)等問題仍存在爭議。本實(shí)驗(yàn)采用目前研究較廣泛的ACNP、SWCNT、QDS納米粒子,體外研究其對HELA細(xì)胞的影響,探討侵入細(xì)胞的方式及作用機(jī)制。體內(nèi)研究其在小鼠體內(nèi)的移行分布,組織損傷,探討體內(nèi)的排泄方式,為進(jìn)一步研究納米粒子的生物安全性及臨床前研究提供依據(jù)。方法MTT法、LDH法及AFM觀察評價ACNP、SWCNT、QDS對HELA細(xì)胞的毒性;胞吞抑制劑和4℃下低溫孵育處理細(xì)胞后TEM觀察ACNP、SWCNT、QDS跨膜方式及對HELA細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響;FCM檢測細(xì)胞的凋亡;SCGE檢測三種納米粒子對HELA細(xì)胞遺傳物質(zhì)的損傷;通過尾部靜脈注射,組織切片研究納米粒子在小鼠體內(nèi)的移形分布及對組織的損傷情況,TEM觀察其可能的排泄器官。結(jié)果ACNP、SWCNT、QDS有一定的細(xì)胞毒性并與時間和劑量成正相關(guān)。細(xì)胞形態(tài)觀察顯示,ACNP、SWCNT均能引起HELA細(xì)胞體積縮小,細(xì)胞貼壁能力下降,游離細(xì)胞增多等現(xiàn)象。AFM結(jié)果顯示,ACNP吸附在細(xì)胞膜表面,看不清完整的細(xì)胞形態(tài);SWCNT引起細(xì)胞皺縮、分泌的黏附物減少;QDS引起細(xì)胞高度變低,且細(xì)胞膜表面有很多不規(guī)則凹陷。ACNP、SWCNT、QDS均能誘導(dǎo)HELA細(xì)胞凋亡及DNA損傷。不同方式處理細(xì)胞后TEM觀察發(fā)現(xiàn),ACNP能通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)進(jìn)而進(jìn)入細(xì)胞核,引起細(xì)胞表面微絨毛消失,線粒體腫脹,細(xì)胞核皺縮等現(xiàn)象;尺度較短的SWCNT進(jìn)入細(xì)胞能引起細(xì)胞核固縮,空泡增多等現(xiàn)象,經(jīng)不同方式處理細(xì)胞后未發(fā)現(xiàn)有SWCNT進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部;QDS結(jié)合在細(xì)胞膜上,不能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部,但也能引起細(xì)胞線粒體腫脹,細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的空泡增多等現(xiàn)象。體內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果顯示,三種納米粒子在肝、脾、肺中分布較多并造成肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞變性,細(xì)胞間距變大;肺泡處細(xì)胞充血;而對心、脾、腦、空腸、回腸、結(jié)腸等組織結(jié)構(gòu)沒有產(chǎn)生明顯改變組織TEM觀察發(fā)現(xiàn)ACNP可通腎小球?yàn)V過,在空腸、回腸、結(jié)腸杯狀細(xì)胞及絨毛結(jié)構(gòu)中均發(fā)現(xiàn)較多的ACNP且對細(xì)胞結(jié)構(gòu)沒有造成明顯影響;SWCNT能機(jī)械性的插入細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器引起細(xì)胞不同程度的損傷,除在結(jié)腸中發(fā)現(xiàn)少量的SWCNT外,其他器官未發(fā)現(xiàn)有明顯的SWCNT存在。QDS組中發(fā)現(xiàn)除對小鼠的肺造成出血性損傷外在腎臟中也有較多分布,但對腎臟沒有造成明顯的損傷。結(jié)論ACNP、SWCNT、QDS均可抑制HELA細(xì)胞的增值、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡及產(chǎn)生DNA損傷。其機(jī)制可能為,損傷核DNA,破壞細(xì)胞膜使膜通透性改變進(jìn)而造成細(xì)胞壞死。ACNP可通過胞吞機(jī)制之外的方式進(jìn)入細(xì)胞質(zhì),進(jìn)而進(jìn)入細(xì)胞核;尺寸較小的SWCNT可通過能量依賴的胞吞作用進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。QDS結(jié)合在細(xì)胞膜上不受胞吞抑制劑和低溫孵育的影響,也不能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。三種納米粒子在KM小鼠體內(nèi)代謝、分布不同,損傷程度也不一樣。ACNP主要通過腎臟排泄,也可通過空腸、回腸、結(jié)腸等組織排出體外;SWCNT由于縱橫比大、較難排出體外;QDS可能通過腎臟而被清除體外。
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簡介:厭氧膜生物反應(yīng)器ANAEROBICMEMBRANEBIOREACTANMBR作為高效的厭氧處理系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)厭氧生物處理污泥易流失、占地面積大等缺陷,已成為研究熱點(diǎn)。而ANMBR所面臨的主要技術(shù)障礙是膜污染,由于受到污泥濃度較高和膜沖刷限制等因素影響,ANMBR的膜污染要比好氧MBR更嚴(yán)重。本研究針對ANMBR膜污染嚴(yán)重的問題,提出將微生物電解池MEC引入ANMBR中,構(gòu)建了MECANMBR體系,利用MEC特殊的電化學(xué)環(huán)境同步實(shí)現(xiàn)污水高效處理和膜污染緩解,推動膜生物反應(yīng)器的理論創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新。本研究考察了MECANMBR系統(tǒng)的污染物降解轉(zhuǎn)化規(guī)律與膜污染特性,同時探討了反應(yīng)器中陰極膜組件微生物群落的演替規(guī)律及反應(yīng)器中微生物代謝特性,以期探明體系中外加電場、運(yùn)行效能、微生物特性三者之間的關(guān)系,主要取得成果如下1、MECANMBR反應(yīng)器運(yùn)行性能研究構(gòu)建MECANMBR反應(yīng)體系,并以傳統(tǒng)ANMBR作為對照,探究MECANMBR反應(yīng)體系膜污染運(yùn)行周期內(nèi)的污染物轉(zhuǎn)化規(guī)律、膜污染特性及兩者間的變化關(guān)系。結(jié)果表明在進(jìn)水COD濃度10000MGL條件下,相較于傳統(tǒng)ANMBR,MECANMBR反應(yīng)器COD總?cè)コ视忻黠@提高,且總?cè)コ实奶岣咧饕怯捎谖⑸锶コ实奶岣?,傳統(tǒng)ANMBR和MECANMBR反應(yīng)器微生物去除率分別為723%和817%在MECANMBR反應(yīng)器膜污染運(yùn)行周期中,COD總?cè)コ手饾u由871%上升至968%,這主要是因?yàn)槟そM件的物理去除作用逐漸加強(qiáng),由58%上升至138%相較于傳統(tǒng)ANMBR,甲烷產(chǎn)量同樣有明顯的提高,且隨著膜污染的逐漸加劇,甲烷產(chǎn)量逐漸上升,由23LD上升至54LD相較傳統(tǒng)ANMBR,MECANMBR反應(yīng)器膜污染得到了有效的緩解,膜污染周期為35天,是傳統(tǒng)ANMBR的15倍。2、MECANMBR反應(yīng)器微生物群落特性研究利用高通量技術(shù)分析傳統(tǒng)ANMBR和MECANMBR反應(yīng)體系膜組件中微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性變化,探究MECANMBR反應(yīng)體系中微生物群落特性對其運(yùn)行性能的影響。結(jié)果表明MECANMBR反應(yīng)器陰極膜中古菌群落更加的豐富,各種群越發(fā)的平衡,電場的加入可以抑制METHANOSAETA的生長,緩解了膜污染,同時可以促進(jìn)METHANOSARCINA、METHANOBACTERIUM和METHANOSPIRILLUM的生長,提高反應(yīng)器中污染物的降解效率及甲烷產(chǎn)量MECANMBR反應(yīng)器陰極膜中細(xì)菌群落多樣性減少,但是群落的穩(wěn)定性增加,且通過外加電場對反應(yīng)器內(nèi)的微生物馴化,促進(jìn)THERMOVIRGA和PETRIMONAS的生長,提高了反應(yīng)器的運(yùn)行性能。3、MECANMBR反應(yīng)器微生物代謝特性分析對傳統(tǒng)ANMBR和MECANMBR反應(yīng)體系中微生物及其分泌物進(jìn)行原位觀察,并考察傳統(tǒng)ANMBR和MECANMBR反應(yīng)體系各膜污染階段懸浮污泥及膜面污泥中微生物代謝產(chǎn)物與代謝活性,解析MECANMBR反應(yīng)體系性能優(yōu)化機(jī)制。結(jié)果表明隨著MECANMBR反應(yīng)器的運(yùn)行,膜絲表面逐漸形成了一層致密的、帶有光滑的微生物分泌物的濾餅層,膜污染也越來越嚴(yán)重微生物分泌物中的蛋白質(zhì)和多糖極易吸附在膜絲表面及膜孔內(nèi)造成膜污染,而MECANMBR反應(yīng)器通過降低膜面污泥上蛋白質(zhì)和多糖的含量同時增加懸浮污泥中蛋白質(zhì)和多糖的含量,有效緩解膜污染MECANMBR運(yùn)行初期膜面污泥的EPSP和EPSC濃度雖然明顯高于傳統(tǒng)ANMBR,但其濃度在反應(yīng)器運(yùn)行期間變化不大,至反應(yīng)器運(yùn)行后期,EPS和EPSC的濃度已經(jīng)明顯低于傳統(tǒng)ANMBR的濃度,同時SMPP在膜污染運(yùn)行周期中變化規(guī)律與EPS相似,SMPC的濃度較低且在反應(yīng)器運(yùn)行期間變化不明顯,因此MECANMBR的膜污染得到緩解MECANMBR反應(yīng)器中MEC的引入雖然會對微生物造成一定程度的損傷,但微生物活性明顯增強(qiáng),懸浮污泥及膜組件上污泥各膜污染階段ATP含量分別為傳統(tǒng)ANMBR的231、207、347倍和076、1054、437倍,且隨反應(yīng)器ATP含量明顯升高,反應(yīng)器運(yùn)行效能不斷提升。
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簡介:乳酸菌是廣泛存在于自然環(huán)境中,種類繁多,作為益生菌廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥以及畜牧業(yè)等領(lǐng)域。乳酸菌是近些年來,對預(yù)防和治療胃腸道疾病、調(diào)節(jié)微生物菌群在胃腸道內(nèi)平衡,提高機(jī)體免疫力起到了重要作用。然而乳酸菌在發(fā)揮益生作用時,通過與宿主發(fā)生粘附而定植,從而抑制致病菌的粘附。粘附是乳酸菌發(fā)揮益生作用的第一步,而粘附的主要物質(zhì)是乳酸菌的表面蛋白,本實(shí)驗(yàn)主要對乳酸菌的表面蛋白進(jìn)行提取與鑒定,以及延伸因子EFTU的免疫生物學(xué)特性進(jìn)行研究。研究內(nèi)容如下1對不同菌株的乳酸菌的疏水性和自凝聚能力進(jìn)行測定,戊糖片球菌F288的疏水性、自凝聚能力最強(qiáng),植物乳桿菌HP12的疏水性、自凝聚能力最弱。同一方法提取不同疏水性的乳酸菌表面蛋白,提取表面蛋白的效率不同。結(jié)果顯示,戊糖片球菌F288提取其表面蛋白效率卻是最低的。相反,植物乳桿菌HP12提取其表面蛋白的效率最高。2采用3種方法提取乳酸菌表面蛋白,用1MGML溶菌酶結(jié)合1MOLLLICL方法提取乳酸菌的表面蛋白效果最好。用1MGML溶菌酶結(jié)合1MOLLLICL提取表面蛋白的量是另外兩種方法的3倍以上。電鏡結(jié)果顯示,戊糖片球菌H13用1MGML溶菌酶結(jié)合1MOLLLICL處理后,表面蛋白明顯溶出,表明1MGML溶菌酶結(jié)合1MOLLLICL提取表面蛋白效率最高。3戊糖片球菌H13表面蛋白的鑒定結(jié)果顯示,表面蛋白中大多數(shù)的蛋白為中間代謝產(chǎn)物和運(yùn)輸?shù)鞍祝谕幌鄬Ψ肿淤|(zhì)量條帶有多種蛋白存在。但延伸因子EFTU所在條帶蛋白種類最少,相同位置的植物乳桿菌條帶鑒定只有延伸因子EFTU,且具有高度免疫原性,由此可以作為乳酸菌菌株分離的蛋白靶標(biāo)。4通過延伸因子EFTU抗血清檢測乳酸菌的菌體和其他的非乳酸菌的菌體和裂解物進(jìn)行交叉反應(yīng),大腸桿菌、沙門氏菌以及弧菌的菌體與裂解物對延伸因子EFTU抗血清都不呈現(xiàn)陽性反應(yīng),而戊糖片球裂解物以及植物乳桿菌、棒狀乳桿菌、干酪乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌的菌體和裂解物呈現(xiàn)陽性反應(yīng),結(jié)果表明延伸因子EFTU是區(qū)分乳酸菌與其他菌株的目的蛋白。
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簡介:納米二氧化鈦是一種新型的無機(jī)化工材料,由于其具有宏觀量子隧道效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等性質(zhì),使其在化妝品、陶瓷、涂料、顏料、食品保鮮、空氣凈化等與人們生活密切相關(guān)的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,給我們的生活帶來重大變革。因此納米二氧化鈦也成為國內(nèi)外科技界研究的熱點(diǎn)。由于與人體接觸密切,各種數(shù)量級的納米二氧化鈦能隨產(chǎn)品以各種不同的途徑進(jìn)入人體,所以對其毒性的研究迫在眉睫。在體水平上,由于呼吸道接觸納米顆粒是最為常見的方式,尤其是粒徑為20NM左右的TIO2顆粒,通過呼吸道進(jìn)入人體后約50%左右首先會沉積在肺泡中,進(jìn)而會導(dǎo)致肺部炎癥、纖維化甚至導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生;同時,在細(xì)胞水平上,納米二氧化鈦材料可以進(jìn)入細(xì)胞,會造成細(xì)胞膜的破壞,線粒體損傷,細(xì)胞核DNA的斷裂等損傷效應(yīng)。因此,需要從在體和離體水平研究納米二氧化鈦引起的毒性效應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)選用粒徑小于25NM的銳鈦礦型二氧化鈦材料建立SD大鼠的肺組織和肺腺癌A549細(xì)胞暴露的模型,利用透射電子顯微鏡技術(shù)、激光掃描共聚焦顯微鏡技術(shù)、光學(xué)顯微鏡技術(shù)、同步輻射X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)技術(shù)及LDH、ATP和CCK8檢測等分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合,在細(xì)胞水平和動物水平上研究納米二氧化鈦顆粒導(dǎo)致的毒性效應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)首先討論了銳鈦礦型TIO2納米顆粒的物理化學(xué)性質(zhì),在此基礎(chǔ)上,系統(tǒng)的研究了TIO2納米顆粒對肺組織超微結(jié)構(gòu)的影響及病理損傷,全面的探討了TIO2納米顆粒對肺腺癌A549細(xì)胞的細(xì)胞膜、線粒體及細(xì)胞整體超微結(jié)構(gòu)的影響,并進(jìn)一步考察了TIO2納米顆粒的生物學(xué)效應(yīng)與作用劑量和作用時間之間的關(guān)系。研究結(jié)果如下1TIO2納米顆粒在功率300W、溫度25℃、超聲解聚30MIN的條件下,分散狀況良好,分散后TIO2納米顆粒的局域結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,表面形成少量的水合二氧化鈦物質(zhì)。2TIO2納米顆粒對肺組織的病理損傷及超微結(jié)構(gòu)的損傷與其作用劑量呈現(xiàn)相關(guān)性。3TIO2納米顆粒對A549細(xì)胞膜的損傷程度與其作用濃度呈現(xiàn)相關(guān)性。4TIO2納米顆粒對A549細(xì)胞線粒體的損傷與其作用時間呈現(xiàn)相關(guān)性。5TIO2納米顆粒對A549細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響呈現(xiàn)出一定的濃度依賴性和時間依賴性。6TIO2納米顆粒對A549細(xì)胞存活率的影響呈現(xiàn)出一定的濃度依賴性和時間依賴性。
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簡介:多孔鈦不僅具有優(yōu)良的生物相容性,也因其孔結(jié)構(gòu)的存在而能有效降低彈性模量,且能為組織提供大量的生長空間,利于植入體的固定。然而,過高的孔隙率會降低抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性能,且鈦本身屬于生物惰性材料。因而,如何解決孔隙率與力學(xué)性能之間的矛盾以及如何給具有復(fù)雜幾何形貌的多孔鈦賦予生物活性是值得研究的問題。添加造孔劑法是制備多孔材料的一種傳統(tǒng)方法,操作簡便、成本低、對設(shè)備要求不高,且孔的很多參數(shù)如孔隙度和孔徑尺寸等可通過對造孔劑的調(diào)整來進(jìn)行控制。因此,本文選用該方法來制備多孔鈦。通過對單一孔隙率的多孔鈦燒結(jié)工藝的考查及孔隙率與力學(xué)性能的評價,得出較為合理的燒結(jié)工藝方案,并以此合理的工藝,制備了“外疏內(nèi)密”的梯度多孔鈦,并對其相關(guān)力學(xué)性能進(jìn)行了表征。通過電化學(xué)方法及化學(xué)方法對多孔鈦進(jìn)行活化處理并評價了其生物活性。建立了大型動物負(fù)載部位全缺損模型并利用力學(xué)性能優(yōu)異的雙層多孔鈦對缺損部位進(jìn)行了修復(fù),考察了不同時間的修復(fù)情況。以羥基磷灰石粉和鈦粉為原材料,通過添加造孔劑的方式燒結(jié)制備出生物陶瓷鈦多孔復(fù)合材料,評價了其力學(xué)性能及生物活性。首先對造孔劑添加量、保溫時間、燒結(jié)溫度等工藝參數(shù)對多孔鈦孔隙率、抗壓強(qiáng)度和彈性模量進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,當(dāng)造孔劑添加量為35%、40%、50%和60%時,多孔鈦的孔隙率分別為50%、58%、67%和72%,抗壓強(qiáng)度分別為160MPA、105MPA、40MPA和25MPA,彈性模量分別為268GPA、200GPA、075GPA和055GPA;保溫時間和燒結(jié)溫度均對多孔鈦的孔隙率和抗壓強(qiáng)度有影響,燒結(jié)溫度的提高和保溫時間的延長有助于抗壓強(qiáng)度的提高。通過調(diào)整各層造孔劑的添加量制備出雙層和三層多孔鈦,在溫度為1300℃下保溫2小時制備的雙層和梯度多孔鈦外層孔隙率可達(dá)67%,其最大抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度及彈性模量分別為24585MPA、6454MPA及398GPA。力學(xué)性能與骨組織相匹配,解決了高孔隙率與抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性能之間的矛盾,為承載部位硬組織修復(fù)提供了可能。通過電化學(xué)方法和化學(xué)方法對多孔鈦進(jìn)行表面改性處理,構(gòu)建多級微納結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,經(jīng)過陽極氧化再熱處理的多孔鈦表面形成排列整齊的銳鈦礦型納米管;經(jīng)過微弧氧化后的多孔鈦表面形成含微孔結(jié)構(gòu)的TIO薄膜;而經(jīng)過堿處理后的多孔鈦表面形成較復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)。體外仿生礦化結(jié)果表明,上述三類經(jīng)改性后的多孔鈦均能誘導(dǎo)羥基磷灰石的形成。通過動物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步考察了改性前后多孔鈦骨修復(fù)的能力。結(jié)果表明,添加造孔劑法制備的多孔鈦具有良好的骨傳導(dǎo)性和生物相容性。具有銳鈦礦型TIO2納米管的多級微結(jié)構(gòu)多孔鈦及經(jīng)堿處理后的多孔鈦可以增強(qiáng)骨形成能力,且植入體內(nèi)6個月時,都比未處理多孔鈦具有更高的骨結(jié)合力。為了考察承載部位的骨修復(fù)效果,建立了狗股骨中段全缺損模型,利用具有優(yōu)異力學(xué)性能的雙層梯度多孔鈦對缺損部位進(jìn)行修復(fù),考察其在1、3和6個月時對骨的修復(fù)情況。結(jié)果表明,以鋼板加螺釘?shù)墓潭ǚ绞皆?個月時固定良好,且有骨組織長入孔內(nèi);而在3個月固定實(shí)效,植入體移位,修復(fù)失敗,表明該固定方式有待于進(jìn)一步改進(jìn)。此外,在肌肉內(nèi)考察了改性前后多孔鈦的骨誘導(dǎo)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,銳鈦礦型TIO2納米管的多孔鈦及經(jīng)堿處理后的多孔鈦均能促進(jìn)骨形態(tài)發(fā)生蛋白BMP2的表達(dá),表現(xiàn)出潛在的骨誘導(dǎo)能力。最后,在真空中燒結(jié)制備出HATI復(fù)合材料并對其力學(xué)性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明,抗壓強(qiáng)度隨TI添加量的增加而增加,HATI值為115時,其抗壓強(qiáng)度達(dá)18189MPA,且該比例下的復(fù)合材料能誘導(dǎo)羥基磷灰石的形成;通過調(diào)整造孔劑添加量制備出外層高孔隙率且具有優(yōu)異力學(xué)性能的雙層梯度多孔生物活性復(fù)合材料,可以作為一種新型的骨替換材料。
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簡介:目的1探討磷酸鈣CPC和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA按不同比例混合而制備新型復(fù)合型骨水泥CPCPMMA的方法及生物力學(xué)性能。2探討復(fù)合型骨水泥材料CPCPMMA生物安全性、組織相容性。3探索復(fù)合型骨水泥材料CPCPMMA移植入SD大鼠脛骨臨界性骨缺損處,觀察測量其降解及骨缺損修復(fù)情況。4篩選出CPCPMMA最佳配比濃度,滿足機(jī)體負(fù)重區(qū)域或非負(fù)重區(qū)域均可植入該復(fù)合型骨水泥材料以達(dá)到最佳治療模式的需要。方法1復(fù)合型骨水泥CPCPMMA的制備與分組制備CPC100%組、PMMA100%組、CPCPMMA31,75%組、CPCPMMA2167%組、CPCPMMA1150%組、CPCPMMA1233%組、CPCPMMA15167%組、CPCPMMA11091%組、CPCPMMA115,625%組、CPCPMMA120,48%組骨水泥試件。2復(fù)合型骨水泥CPCPMMA生物安全性檢測21細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)211各組骨水泥浸提液的制備將無菌條件下制成的CPC、PMMA、CPCPMMA復(fù)合骨水泥各組CPCPMMA75%組、CPCPMMA67%組、CPCPMMA50%組、CPCPMMA33%組、CPCPMMA167%組、CPCPMMA91%組、CPCPMMA625%組、CPCPMMA48%組材料試件分別置于培養(yǎng)基中,3CM2ML培養(yǎng)基37℃中120H,制備CPC、PMMA、復(fù)合骨水泥CPCPMMA各組浸提液。212成骨前體細(xì)胞(MC3T3E1,小鼠來源)的體外培養(yǎng)遵照細(xì)胞體外培養(yǎng)技術(shù)與原則。22全身亞急性毒性實(shí)驗(yàn)本課題相關(guān)實(shí)驗(yàn)動物,我們都遵循實(shí)驗(yàn)動物保護(hù)原則。將雌雄各半的昆明小鼠隨機(jī)分組,體重25G30G、5只組,并進(jìn)行標(biāo)記,利用電子天平測量各組小鼠的體重。各組小鼠按50MLKG注射骨水泥浸提液(腹腔注射),CONTROL組注射生理鹽水。注射后24H、7D、14D觀察各組小鼠的一般狀態(tài)(皮膚、被毛、眼、粘膜變化)、存活情況(呼吸、循環(huán)、行為等),并測量體重及組織臟器變化情況。23熱源實(shí)驗(yàn)無菌條件下制備CPC100%組、CPCPMMA75%組、CPCPMMA67%組、CPCPMMA50%組、CPCPMMA33%組、CPCPMMA167%組、CPCPMMA91%組、CPCPMMA625%組、CPCPMMA48%組、PMMA100%組浸提液。鼠尾靜脈注射骨水泥浸提液、3ML浸提液只(對照組注射生理鹽水)。分別注射后1H、2H、3H、24H測定SD大鼠的肛溫變化值。每只SD大鼠測3次取平均值。24致敏實(shí)驗(yàn)于SD大鼠小腿內(nèi)側(cè)注入骨水泥浸提液、01ML點(diǎn)(對照組注射生理鹽水)。分別注射后15MIN、30MIN、1H、24H觀察SD大鼠注射點(diǎn)的紅斑、水腫、硬結(jié)及焦痂等形成情況。3復(fù)合型骨水泥CPCPMMA理化性能的檢測31初級性能檢測32高級性能檢測321固化時間檢測322電鏡掃描形態(tài)學(xué)觀察323物相組成份析檢測4復(fù)合型骨水泥CPCPMMA的組織相容性實(shí)驗(yàn)41細(xì)胞粘附實(shí)驗(yàn)顯微鏡下觀察12孔板中骨水泥試件周圍的細(xì)胞生長形態(tài)與狀態(tài)。42骨水泥試件植入臨界性骨缺損、肌袋組織中的動物模型建立。43骨水泥試件植入術(shù)后動物模型的X線檢查(術(shù)后4周、12周、15周)。結(jié)果1復(fù)合型骨水泥CPCPMMA的制備將CPC和PMMA骨水泥的同相粉末按質(zhì)量比3∶1,2∶1,1∶1,1∶2,1∶5,1∶10,1∶15,1∶20均勻混合得到不同比例的混合骨水泥固相系列CPCPMMA75%組、CPCPMMA67%組、CPCPMMA50%組、CPCPMMA33%組、CPCPMMA167%組、CPCPMMA91%組、CPCPMMA625%組、CPCPMMA48%組,根據(jù)本課題實(shí)驗(yàn)的需要,分別制備出與檢測要求相符合的骨水泥試件。21細(xì)胞毒性分級標(biāo)準(zhǔn)分為6個級別0級為≥100%,1級為75%99%,2級為50%74%,3級為26%49%,4級為1%25%,5級為0。無毒性即為0級,高毒性為5級。與空白對照組比較,骨水泥浸提液CPCPMMA167%組,CPCPMMA910%組,CPCPMMA625%組,CPCPMMA480%組和PMMA組有細(xì)胞毒性。22全身亞急性毒性實(shí)驗(yàn)各組SD大鼠機(jī)體狀態(tài)指標(biāo)變化無顯著性差異。23熱源實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)各組SD大鼠體溫變化無顯著性差異。31抗壓強(qiáng)度、抗拉伸強(qiáng)度及三點(diǎn)彎實(shí)驗(yàn)的抗折強(qiáng)度結(jié)果顯示CPC100%組,CPCPMMA75%組、CPCPMMA67%組、CPCPMMA50%組、CPCPMMA33%組、CPCPMMA167%組、CPCPMMA91%組、CPCPMMA625%組、CPCPMMA48%組和PMMA100%組的抗壓強(qiáng)度、抗拉伸強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度均有顯著性差異P<005。32凝固溫度CPC100%組為對照組,其凝固溫度與室溫接近約為27℃,CPCPMMA75%組、CPCPMMA67%組、CPCPMMA50%組、CPCPMMA33%組、CPCPMMA167%組、CPCPMMA91%組、CPCPMMA625%組、CPCPMMA48%組、PMMA100%組的凝固溫度有顯著性差異P<005,各組復(fù)合型骨水泥凝固溫度介于40℃80℃之間,而PMMA組凝固溫度最高達(dá)78℃左右。33固化時間CPC100%組固化時間較長、約11MIN,PMMA100%組固化時間較短、約2MIN,復(fù)合型骨水泥組的固化時間介于2MIN6MIN之間,以PMMA100%組為對照組,CPCPMMA75%組、CPCPMMA67%組、CPCPMMA50%組、CPCPMMA33%組、CPCPMMA167%組、CPCPMMA91%組、CPCPMMA625%組、CPCPMMA48%組和CPC100%組為試驗(yàn)組,各試驗(yàn)組的固化時間均有顯著性差異(P<005)。41細(xì)胞粘附實(shí)驗(yàn)顯微鏡下觀察12孔板中骨水泥試件與成骨前體細(xì)胞MC3T3E1共培養(yǎng)的細(xì)胞生長情況。42骨水泥試件植入SD大鼠脛骨臨界性骨缺損動物模型建立。431骨水泥試件植入SD大鼠脛骨臨界性骨缺損術(shù)后4周,動物模型的X線檢查。影像學(xué)檢查結(jié)果提示骨水泥明顯存在于各組脛骨臨界性骨缺損填充處,術(shù)后4周各組尚未見到骨水泥有顯著性降解。432骨水泥試件植入術(shù)后12周,動物模型的X線觀察CPC組骨材料降解情況較術(shù)后4周骨降解略明顯,尤其是脛骨骨缺損邊緣處的骨水泥、與周圍骨組織間出現(xiàn)模糊陰影PMMA組術(shù)后12周依然沒有明顯降解,骨水泥邊緣整齊、周圍骨質(zhì)殘存透亮影。433骨水泥試件植入SD大鼠脛骨臨界性骨缺損術(shù)后15周X線觀察CPC組骨材料降解情況較術(shù)后12周骨降解明顯,脛骨骨缺損處的骨水泥陰影模糊增強(qiáng)、與周圍骨組織連接緊密PMMA組術(shù)后15周沒有明顯降解,骨水泥邊緣整齊、周圍骨質(zhì)的透亮影消失。結(jié)論1采用骨水泥CPCPMMA為原料,物理?xiàng)l件下將兩者按照不同質(zhì)量比混合,以PMMA單體液調(diào)和,制備了新型復(fù)合型骨水泥CPCPMMA,制備過程簡便可靠,PMMA的介入并不影響CPC的特性,復(fù)合骨水泥材料隨著PMMA含量的逐漸增高,其機(jī)械性抗壓強(qiáng)度、抗拉伸強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度也隨之增高,而體內(nèi)降解速度逐漸減慢,PMMA含量超過50%幾乎無法降解。2復(fù)合型骨水泥CPCPMMA75%、67%、50%屬于無細(xì)胞毒性的生物材料,具有良好的細(xì)胞相容性。3復(fù)合型骨水泥CPCPMMA無血液毒性,不引發(fā)遲發(fā)型超敏反應(yīng),不具有全身亞急性毒性,無溶血性,具有良好的生物安全性,復(fù)合型骨水泥CPCPMMA75%、67%、50%組符合骨組織替代材料的基本條件。4復(fù)合型骨水泥CPCPMMA修復(fù)SD大鼠脛骨臨界性骨缺損的效果較理想,可以認(rèn)為75%50%濃度范圍的復(fù)合型骨水泥CPCPMMA是一種具有骨引導(dǎo)活性、適用于負(fù)重或非負(fù)重區(qū)域骨移植的良好的生物性骨組織替代材料。
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簡介:目的闡明在不同應(yīng)力載荷刺激下家兔膝關(guān)節(jié)軟骨的損傷和損傷后軟骨細(xì)胞的分布情況;研究活體家兔在不同性質(zhì)載荷下膝關(guān)節(jié)軟骨應(yīng)力變化的生物學(xué)反應(yīng)及應(yīng)力刺激在維持軟骨生物力學(xué)性質(zhì)中的作用。方法實(shí)驗(yàn)_離體實(shí)驗(yàn)測試不同應(yīng)力載荷與關(guān)節(jié)軟骨損傷形變分布的關(guān)系。隨機(jī)選取家兔,處死取完整股骨全段,解剖兩側(cè)膝關(guān)節(jié),去除軟組織,暴露股骨下端膝關(guān)節(jié)完整軟骨面,以PBS液保護(hù)軟骨。用牙托粉加工股骨,使其便于固定。準(zhǔn)備材料試驗(yàn)機(jī),將股骨置于試驗(yàn)機(jī)上,保持壓頭平面正對待壓軟骨,依次加載各組標(biāo)本。載荷參數(shù)設(shè)定為A組15MPAS,03HZ,共2MIN、B組30MPAS,03HZ,共2MIN、C組50MPAS,03HZ,共2MIN微機(jī)自動記錄壓頭位移及壓力。加載結(jié)束后,取全層軟骨,并依照壓痕修剪成規(guī)則方形,放入高糖型DMEM液中培養(yǎng),每日換液。加載后第3天,對受壓組織用FDAHOECHST雙重?zé)晒馊旧ㄈ旧^察各組載荷下軟骨細(xì)胞的存活率、死亡率及死亡細(xì)胞分布的狀況。實(shí)驗(yàn)二活體實(shí)驗(yàn)活體家兔膝關(guān)節(jié)在不同載荷下接觸應(yīng)力變化實(shí)驗(yàn)。隨機(jī)將家兔分為牽伸減壓實(shí)驗(yàn)組、負(fù)重加壓試驗(yàn)組和空白對照組。對照組不做任何處理;牽伸減壓實(shí)驗(yàn)組分別以家兔25%自體體重載荷減壓和50%自體體重載荷減壓,30°夾角牽伸應(yīng)力下做單擺運(yùn)動,60次MIN,20MIN次,一天2次,每次減壓完成后解除牽引。負(fù)重加壓實(shí)驗(yàn)組分別給予實(shí)驗(yàn)家兔25%自體體重膝關(guān)節(jié)垂直加壓載荷和50%自體體重膝關(guān)節(jié)垂直加壓載荷,20MIN次,一天2次,每次加壓完成后解除負(fù)重。各組實(shí)驗(yàn)動物,分別在行減壓或負(fù)重實(shí)驗(yàn)后的2、4和6周處死兩只動物,解剖膝關(guān)節(jié),取股骨下端全層軟骨,并進(jìn)行HE染色,觀察各組軟骨細(xì)胞的形態(tài)學(xué)變化及受損細(xì)胞分布情況。結(jié)果實(shí)驗(yàn)一各加載組死亡率均明顯高于D組空白對照組死亡率564±072%,空白對照組死亡細(xì)胞少,基本分布于軟骨表層。加載組中,如上表所示,隨著加載壓力的增大,細(xì)胞死亡率明顯增高,且于鏡下可見死亡細(xì)胞廣泛分布于軟骨各層。實(shí)驗(yàn)二軟骨細(xì)胞核被染成藍(lán)色,軟骨基質(zhì)則被染成粉紅色,其中2周減壓組鏡下可見細(xì)胞排列整齊,軟骨表面光滑。4周、6周減壓組可見軟骨表面粗糙、軟骨細(xì)胞排列比較規(guī)則;加壓組較減壓組軟骨明顯變薄、表面粗糙破損,表面可見較多裂隙,軟骨細(xì)胞丟失,排列紊亂。尤以4周及6周加壓組明顯可見多個細(xì)胞聚集成團(tuán)現(xiàn)象。結(jié)論1FDAHOECHST染色法能很好的區(qū)分活細(xì)胞和死細(xì)胞。2隨著應(yīng)力的增大,軟骨細(xì)胞損傷越重,細(xì)胞死亡率越高。3關(guān)節(jié)內(nèi)壓的越大,軟骨受損越重,細(xì)胞死亡越多。
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簡介:多孔陽極氧化鋁POUSANODICALUMINAPAA是一種具有長程有序的納米孔陣列結(jié)構(gòu)的自組裝材料,在納米材料的制備、物質(zhì)分離等多種領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。目前,基于PAA的研究主要是小孔徑的,而有序大孔徑PAA的合成是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。此外,PAA良好的化學(xué)穩(wěn)定性、生物相容性及結(jié)構(gòu)仿生的特點(diǎn),在醫(yī)用金屬的表面涂層改性方面已顯示出實(shí)際應(yīng)用價值的潛力。然而,PAA表面為生物惰性,無法與周圍骨組織形成有效的骨整合,因此,改善PAA表面性能具有重要的意義。PAA相互平行的大面積六角形排列的納米孔道,也可作為生物活性物質(zhì)的優(yōu)良載體,從而賦予其特殊的生物學(xué)功能。近年來眾多的研究表明,鈣硅基CAOSIO2生物材料具有優(yōu)良的生物活性和降解性,能在體內(nèi)和體外快速誘導(dǎo)類骨磷灰石沉積并促進(jìn)骨組織相關(guān)細(xì)胞的增殖和分化。銀離子具有廣譜和高效的抗菌效果。因此,設(shè)計鈣硅銀CAOSIO2AG2O三元體系的生物活性玻璃,并將其裝載入PAA的孔道中,就有可能使材料具有治療修復(fù)和預(yù)防感染為一體的性能,從而具有重要的理論和醫(yī)用價值。本文采用改進(jìn)的兩步陽極氧化法制備出高度有序大孔徑PAA。采用場發(fā)射掃描電鏡FESEM、X射線能譜儀EDS和X射線衍射儀XRD對PAA的形貌、結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行了表征。系統(tǒng)研究了陽極氧化電壓及電壓的匹配性對PAA的孔徑、孔間距和有序度的影響。為了賦予PAA表面類骨磷灰石形成的能力,本文將PAA置于磷酸溶液中低溫浸漬處理并高溫?zé)Y(jié)對其進(jìn)行表面磷酸化改性處理,并采用模擬體液SBF浸泡實(shí)驗(yàn)評價了表面磷酸化改性的PAA誘導(dǎo)類骨磷灰石形成的能力,借助FESEM、EDS和傅立葉變換紅外光譜儀FTIR等分析手段表征了PAA、磷酸化的PAA及體外類骨磷灰石的形成。本文還采用溶膠凝膠法制備出CAOSIO2和CAOSIO2AG2O溶膠,然后通過減壓浸漬的方法使溶膠填充到直徑為200NM的PAA孔道中,制備出CAOSIO2PAA、CAOSIO2AG2OPAA復(fù)合生物材料。SBF浸泡實(shí)驗(yàn)初步研究了CAOSIO2AG2OPAA的體外生物活性和離子釋放行為。研究了PAA、CAOSIO2PAA、CAOSIO2AG2OPAA的抑菌性能及細(xì)菌在這些材料表面的形態(tài)變化情況。獲得的結(jié)論如下通過改進(jìn)的兩步陽極氧化法所制備的PAA呈六角密排結(jié)構(gòu)、排列規(guī)律并且有序。EDS測定結(jié)果表明所制備的有序大孔徑PAA主要含有AL和O兩種元素。由XRD結(jié)果可知PAA為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。采用改進(jìn)的兩步陽極氧化法分別在100140V下制備了一系列高度有序的大孔徑PAA,其孔徑在200300NM,孔間距在260350NM,孔間距和氧化電壓呈線性關(guān)系,兩者之間的比例常數(shù)為229NMV。當(dāng)兩步氧化電壓相差較大時第一步氧化電壓40V第二步氧化電壓100V,孔洞大小不一,排列無序當(dāng)氧化電壓完全匹配時(第一步氧化電壓100V第二步氧化電壓100V,能夠形成排列規(guī)律,六角密排結(jié)構(gòu)的PAA。在PAA磷酸化改性的實(shí)驗(yàn)中,EDS分析結(jié)果表明,經(jīng)過磷酸化改性處理后磷元素被引入到PAA的表面而FTIR表征結(jié)果表明,經(jīng)過磷酸化改性后在PAA的表面引入了帶負(fù)電荷的PO4H2功能基團(tuán)。SBF浸泡實(shí)驗(yàn)表明磷酸化的PAA具有優(yōu)良的誘導(dǎo)類骨磷灰石形成的能力。采用FESEM對所制備的CAOSIO2PAA和CAOSIO2AG2OPAA復(fù)合生物材料進(jìn)行了觀測,結(jié)果表明生物活性玻璃幾乎填充滿整個PAA孔道,表面沒有過多的覆蓋層。通過SBF浸泡實(shí)驗(yàn)表明CAOSIO2AG2OPAA具有優(yōu)異的誘導(dǎo)類骨磷灰石形成的能力和良好的離子緩釋性能??咕阅軠y試結(jié)果表明經(jīng)24小時培養(yǎng)后,CAOSIO2AG2OPAA對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別為90%和92%,而CAOSIO2PAA對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別為35%和41%。細(xì)菌在材料表面形態(tài)變化的結(jié)果表明大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在PAA表面光滑、完整在CAOSIO2PAA上,菌體的形態(tài)結(jié)構(gòu)變化不明顯而在CAOSIO2AG2OPAA上,有明顯的菌體溶解和死亡的現(xiàn)象。
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簡介:浙江大學(xué)博士學(xué)位論文厭氧氨氧化微生物學(xué)研究姓名胡寶蘭申請學(xué)位級別博士專業(yè)環(huán)境工程指導(dǎo)教師鄭平200511浙江大學(xué)博士學(xué)位論文序批式反應(yīng)器對水力停留時間持續(xù)變化的耐受能力最強(qiáng),生物膜反應(yīng)器次之,顆粒污泥床反應(yīng)器最弱。在三個反應(yīng)器中,顆粒污泥床對基質(zhì)負(fù)荷持續(xù)變化的敏感性低于水力負(fù)荷持續(xù)變化,操作中應(yīng)注意控制進(jìn)水流量;生物膜反應(yīng)器和厭氧序批式反應(yīng)器能耐受水力負(fù)荷的持續(xù)變化,但對濃度負(fù)荷持續(xù)變化較為敏感,操作中應(yīng)注意控制進(jìn)水濃度。對于顆粒污泥床反應(yīng)器和生物膜反應(yīng)器,當(dāng)進(jìn)水氨濃度上升至336MG/L以后,出水N03N濃度呈下降趨勢,而對于序批式反應(yīng)器,出水N03N濃度波動不大,并保持在較高水平,若以硝酸鹽產(chǎn)量估算厭氧氨氧化菌產(chǎn)量,則表明在進(jìn)水氨氮濃度較高的情況下,序批式反應(yīng)器比污泥床反應(yīng)器和生物膜反應(yīng)器更有利于厭氧氨氧化菌的生長和菌體積累。3將硝化污泥接種于厭氧序批式反應(yīng)器中,經(jīng)歷延滯階段、生長階段和穩(wěn)定階段,可形成厭氧氨氧化顆粒污泥。在污泥顆?;^程中,污泥外觀發(fā)生明顯變化,污泥表面孔隙增加,密實(shí)度下降,顏色從土黃色變成鮮艷的橙紅色。污泥理化性狀也有明顯改變污泥顆粒明顯增大,平均粒徑從120MM增加到369MM,平均濕密度從104G/ML增加到107G/ML,平均沉降速度從10768M/H增加到11849M/H。顆粒污泥的形成使污泥抗水力沖擊的能力明顯增強(qiáng),隨出水流失的污泥量較少TSS003G/L,表明厭氧氨氧化顆粒污泥的形成使反應(yīng)器內(nèi)持留高濃度污泥成為可能。在厭氧氨氧化污泥顆粒化過程中,污泥的微生物組成從以絲狀菌和球菌為主轉(zhuǎn)變成以不規(guī)則形狀的厭氧氨氧化菌為主。三大菌群計數(shù)結(jié)合PCRDGGE試驗(yàn)證實(shí),在污泥顆?;^程中厭氧氨氧化菌得到有效富集,反應(yīng)器內(nèi)總氮去除活性增加517倍。研究了營養(yǎng)因子和理化因素對厭氧氨氧化污泥顆粒化的影響。獲得的厭氧氨氧化顆粒污泥的最大氨氧化速率為608MG/LH,最大亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化速率為632MG/LH。厭氧氨氧化菌混培物利用氨的KM值為13063MG/L,利用亞硝酸鹽的KM值為5130MG/L。氨自身的抑制常數(shù)為47869MG/L,實(shí)際取得最大厭氧氨氧化速率的氨濃度為10950MG/L。亞硝酸鹽對厭氧氨氧化的抑制常數(shù)為34544MG/L。厭氧氨氧化的最適PH為761,最適溫度為30℃。4采用系統(tǒng)稀釋和平板劃線分離的方法,獲得了7株具有亞硝化活性的菌
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簡介:本文開發(fā)了新型可降解鎂鍶金屬骨填充材料,鍶元素是一種人體必需的微量元素,具有促進(jìn)成骨細(xì)胞抑制破骨細(xì)胞的作用。冶煉成功后對材料成分、組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能生物學(xué)性能等進(jìn)行了系統(tǒng)的分析,為調(diào)控材料降解速率,將材料進(jìn)行擠壓變形和制備微弧氧化SRCAP涂層。全面研究了SRCAP涂層的表面元素組成、物相組成、截面元素分布、耐蝕性等性能,通過浸泡實(shí)驗(yàn)、失重實(shí)驗(yàn)、電化學(xué)、細(xì)胞實(shí)驗(yàn)以及體內(nèi)植入等實(shí)驗(yàn)方法綜合對比了鑄態(tài)MG15SR、鑄態(tài)基體SRCAP涂層、擠壓態(tài)合金的體內(nèi)外性能。結(jié)果表明MG15SR合金的物相組成為MG和MG17SR2SR在基體鎂中基本不固溶,以第二相MG17SR2存在于材料中。鑄態(tài)材料的第二相以網(wǎng)狀存在于晶界處造成材料強(qiáng)度較低,擠壓變形后的第二相破碎成顆粒狀,力學(xué)性能明顯升高。鎂鍶合金的彈性模量和人體骨骼的接近,可以降低生物材料的“應(yīng)力遮擋”效應(yīng)。MAO涂層呈現(xiàn)出典型的多孔狀、表面有裂紋。XRD分析可知物相組成為MGO、MGF2。XPS結(jié)果表明CA、SR和P三種元素分別以CA2、SR2和PO43三種形式存在于微弧氧化涂層中。點(diǎn)滴實(shí)驗(yàn)表明SRCAP涂層的材料耐蝕性較好,而通過中長期的浸泡實(shí)驗(yàn)可知SRCAP涂層保護(hù)的材料腐蝕速率較小,說明SRCAP涂層性能較好。通過電化學(xué)極化曲線測試可知不同材料的初期耐蝕性順序?yàn)殍T態(tài)MGSR>鑄態(tài)SRCAP涂層>擠壓態(tài)MGSR,而PH測試、失重、離子溶出等實(shí)驗(yàn)得出三種材料的耐蝕性行為不變,為體內(nèi)植入提供依據(jù)。而浸泡14天后,鑄態(tài)SRCAP樣品表面的腐蝕產(chǎn)物明顯較多,經(jīng)檢測腐蝕產(chǎn)物為富含CA、P的產(chǎn)物。細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)表明鑄態(tài)SRCAP樣品細(xì)胞毒性為1級,動物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,鑄態(tài)SRCAP涂層材料在體內(nèi)表現(xiàn)出與成骨相匹配的降解速率,促進(jìn)成骨效果最佳。
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上傳時間:2024-03-09
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