生物活性梯度多孔鈦的制備及生物學(xué)評(píng)價(jià).pdf

1、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(zhǎng)空間，利于植入體的固定。然而，過(guò)高的孔隙率會(huì)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(wèn)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(jiǎn)便、成本低、對(duì)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(guò)對(duì)造孔劑的調(diào)整來(lái)進(jìn)

2、行控制。因此，本文選用該方法來(lái)制備多孔鈦。通過(guò)對(duì)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(píng)價(jià)，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(duì)其相關(guān)力學(xué)性能進(jìn)行了表征。通過(guò)電化學(xué)方法及化學(xué)方法對(duì)多孔鈦進(jìn)行活化處理并評(píng)價(jià)了其生物活性。建立了大型動(dòng)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(duì)缺損部位進(jìn)行了修復(fù)，考察了不同時(shí)間的修復(fù)情況。以羥基磷灰石粉和鈦粉為原材料，通過(guò)添加造孔劑的方式燒

3、結(jié)制備出生物陶瓷/鈦多孔復(fù)合材料，評(píng)價(jià)了其力學(xué)性能及生物活性。
　　首先對(duì)造孔劑添加量、保溫時(shí)間、燒結(jié)溫度等工藝參數(shù)對(duì)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(shí)，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2.68GPa、2.00GPa、0.75GPa和0.55GPa；保溫時(shí)間和燒結(jié)溫

4、度均對(duì)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(shí)間的延長(zhǎng)有助于抗壓強(qiáng)度的提高。
　　通過(guò)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(shí)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245.85MPa、64.54MPa及3.98GPa。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(guò)電

5、化學(xué)方法和化學(xué)方法對(duì)多孔鈦進(jìn)行表面改性處理，構(gòu)建多級(jí)微納結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)陽(yáng)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(guò)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(guò)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(guò)動(dòng)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。

6、具有銳鈦礦型TiO2納米管的多級(jí)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(gè)月時(shí)，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(duì)缺損部位進(jìn)行修復(fù)，考察其在1、3和6個(gè)月時(shí)對(duì)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(gè)月時(shí)固定良好，且有骨組織長(zhǎng)入孔內(nèi)；而在3個(gè)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)。

7、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(BMP-2)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HA/Ti復(fù)合材料并對(duì)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，HA/Ti值為1:15時(shí)，其抗壓強(qiáng)度達(dá)181.89MPa，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(guò)調(diào)整造孔劑添加量制備出外層高孔隙