涂覆壳聚糖涂层镁基复合材料的生物相容性研究
【摘要】：目的：
优化Mg-6%Zn-10%(β-TCP)材料表面涂覆壳聚糖涂层的工艺,探讨涂覆壳聚糖涂层的Mg-6%Zn-10%(β-TCP)复合材料在体内的降解过程,研究其生物相容性及对骨愈合的影响。
方法：
1.采用粉末冶金法制备Mg-6%Zn-10%(β-TCP)材料,并检测其压缩强度及弹性模量；模拟体液浸泡试验及析氢试验研究其腐蚀行为。
2.采用涂覆法于Mg-6%Zn-10%(β-TCP)表面制备壳聚糖涂层,电镜观察其表观形态,热震试验优化工艺,浸泡试验及析氢试验研究涂膜后复合材料的腐蚀行为。
3.MTT法检测涂覆壳聚糖涂层的Mg-6%Zn-10%(β-TCP)复合材料的细胞毒性。复合材料植入新西兰兔背部肌肉及股骨内,于术前、术后第1、5、10、15天及第4、8、12周末取静脉血标本,检测血清Mg2+、Zn2+、Ca2+浓度。于术后第2、4、8、12周后处死动物,心、肝、肾及背部复合材料周围组织切片HE染色。取出股骨标本,行大体标本X线及micro-CT检测,骨组织脱钙切片HE染色。
结果：
1.采用粉末冶金法制备了Mg-6%Zn-10%(β-TCP)材料,其压缩强度为339 MPa,弹性模量为24 Gpa,与骨组织力学性能相匹配。Mg-6%Zn-10%(β-TCP)材料浸泡试验及析氢试验：浸泡液SBF中pH值随浸泡时间的增加而上升,前期变化较快,最终稳定在10；析氢速率最终达到稳定,为7.2ml/(cm2·d)左右。
2.Mg-6%Zn-10%(β-TCP)材料表面壳聚糖涂层优化的工艺参数：磷酸处理浓度60%,壳聚糖分子量30*104Da,涂覆层数7层。涂膜后试样的浸泡试验及析氢试验：pH最终稳定在8左右。析氢速率约为1.3ml/(cm2·d)。
3.MTT法示表面涂覆壳聚糖涂层的Mg-6%Zn-10%(β-TCP)复合材料浸提液对L929无细胞毒性。X线片及mi cro-CT示：与未涂膜试样比较,涂覆壳聚糖涂层的Mg-6%Zn-10%(β-TCP)复合材料降解速率较小,有促进骨愈合及成骨的能力。血清Mg2+Zn2+Ca2+浓度在相应时间点内并无明显波动,均在正常值范围内,各时间点比较无显著性差异(P0.05),与未涂层组比较无显著性差异(P0.05)。12周动物处死后心、肝、肾组织切片示：表面涂覆壳聚糖涂层的Mg-6%Zn-10%(β-TCP)复合材料植入动物体内后,未对心、肝、肾等造成病理性损害。背部肌肉切片HE染色示：2周时植入体周围形成一层疏松的结缔组织包膜,少量炎症细胞散在分布于包膜及肌肉组织中。4周时该包膜厚度增加,更为致密,其中可见多层呈梭形的成纤维细胞及少量胶原纤维,8周时,肌层外纤维包膜中出现新生毛细血管,炎症细胞逐渐减少。12周时纤维中有大量小血管生成,炎症细胞少见。骨组织脱钙切片HE染色示2周骨组织外层大量疏松的纤维结缔组织膜及部分炎症细胞浸润,皮质骨骨质稍有疏松。4周时,复合材料周围的纤维结缔组织膜中可见新生毛细血管,纤维膜下出现较为丰富的新生骨岛,新生骨组织间隙中有少量炎症细胞浸润。8周及12周组新生骨形态同前无较大差异,骨岛间彼此相连,局部骨组织成熟,骨痂增厚,新生骨骨质疏松。间隙中炎症细胞减少,出现较多红染的物质,应为类骨质形成。
结论：
1.Mg-6%Zn-10%(β-TCP)表面壳聚糖涂层优化的工艺参数：磷酸处理浓度60%,壳聚糖分子量30*104Da,涂覆层数7层,其体外抗腐蚀性能优于未涂膜试样。
2.壳聚糖作为一种可降解生物材料,能与镁基材料表面发生结合,可控制镁合金早期降解速率。
3.涂覆壳聚糖涂层的Mg-6%Zn-10%(β-TCP)无细胞毒性。在体内降解过程中对血液中的Mg2+、Zn2+、Ca2+浓度无明显影响,对心、肝、肾无病理性损害,具有促进新骨生成作用。
【关键词】：壳聚糖涂层 镁基复合材料 骨愈合 生物相容性 【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：R318.08
【目录】：
- 摘要4-6
- ABSTRACT6-9
- 缩略词表9-12
- 第一章 前言12-13
- 第二章 材料与方法13-17
- 2.1 材料13
- 2.1.1 1Mg-6%Zn-10%(β-TCP)材料13
- 2.1.2 细胞系13
- 2.1.3 实验动物13
- 2.1.4 试剂13
- 2.1.5 仪器13
- 2.2 方法13-17
- 2.2.1 复合材料的制备与表面处理13-14
- 2.2.1.1 Mg-6%Zn-10%(β-TCP)的制备,表征及性能检测13-14
- 2.2.1.2 Mg-6%Zn-10%(p-TCP)表面壳聚糖涂层的制备,表征及性能检测14
- 2.2.2 涂覆壳聚糖涂层的Mg-6%Zn-10%(β-TCP)复合材料体外细胞毒性实验14-15
- 2.2.3 涂覆壳聚糖涂层的Mg-6%Zn-10%(β-TCP)复合材料体内植入实验15-17
- 2.2.3.1 实验分组15
- 2.2.3.2 手术方法15
- 2.2.3.3 检测内容15-16
- 2.2.3.4 统计分析16-17
- 第三章 结果17-29
- 3.1 Mg-6%Zn-10%(β-TCP)材料的制备与涂覆壳聚糖涂层后的特征及特性17-22
- 3.1.1 Mg-6%Zn-10%(β-TCP)复合材料组织、结构和性能17-18
- 3.1.2 Mg-6%Zn-10%(β-TCP)表面涂覆壳聚糖涂层的工艺优化18-22
- 3.2 涂覆壳聚糖涂层的Mg-6%Zn-10%(β-TCP)复合材料对L929的毒性影响22
- 3.3 涂覆壳聚糖涂层的Mg-6%Zn-10%(β-TCP)复合材料体内植入实验22-29
- 3.3.1 大体情况观察22-23
- 3.3.2 X线摂片及micro-CT观察23-25
- 3.3.3 血离子浓度检测结果25-26
- 3.3.4 组织学和形态学检查26-29
- 3.3.4.1 动物器官病理切片观察26
- 3.3.4.2 背部肌肉标本组织形态学观察26-27
- 3.3.4.3 骨标本组织形态学观察27-29
- 第四章 讨论29-36
- 4.1 Mg-6%Zn-10%(β-TCP)材料的力学性能和降解行为研究30-31
- 4.2 壳聚糖涂层涂覆于Mg-6%Zn-10%(β-TCP)材料表面的工艺优化31-32
- 4.3 涂覆壳聚糖涂层的Mg-6%Zn-10%(β-TCP)的复合材料生物相容性研究32-34
- 4.3.1 材料的体外细胞毒性研究32
- 4.3.2 材料对全身各系统的影响分析32-33
- 4.3.3 材料对局部软组织的影响分析33
- 4.3.4 材料对局部骨愈合的影响33-34
- 4.4 涂覆壳聚糖涂层的Mg-6%Zn-10%(β-TCP)复合材料降解行为34-35
- 4.5 展望35-36
- 第五章 结论36-37
- 参考文献37-41
- 综述41-48
- 参考文献46-48
- 致谢48
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