毕业论文论文范文课程设计实践报告法律论文英语论文教学论文医学论文农学论文艺术论文行政论文管理论文计算机安全
您现在的位置: 毕业论文 >> 医学论文 >> 正文

镁合金基HA复合材料的生物相容性分析

更新时间:2015-7-2:  来源:毕业论文

镁合金基HA复合材料的生物相容性分析
  0 引 言

  镁合金良好的机械强度、低弹性模量及生物可降解性引起医学生物材料界的重视,具有很大的发展潜力[1]. 然而,镁合金降解速度快,在体内环境中未完成承力任务前就降解了,限制了他的应用。 通过镁合金表面改性,改善镁合金在人体体液环境中耐腐蚀性较差的问题[2-3],即可获得一种具有适宜降解速度且机械强度、弹性模量都比较好的生物材料。 羟基磷灰石(HA) 具有良好的生物相容性、生物活性及骨诱导能力,且耐腐蚀性较好,是一种理想的人工骨表面涂层材料[4]. 在镁合金表面涂覆一层羟基磷灰石,生成镁合金基HA 复合材料,该材料兼备了镁合金良好的机械性能、低弹性模量及生物可降解性,以及羟基磷灰石良好的生物相容性、生物活性及骨诱导能力,是一种 比 较 理 想 的 人 工 骨 材 料 或 人 工 骨 支 架材料[5-7].

  目前通过电泳沉积法已成功的制备出镁合金基 HA 复合材料。 该复合材料的生物相容性[8-9]及生物活性[10-11],决定其能否作为人工骨材料长期存于体内并发挥功能与作用[12]. 为此,有必要验证镁合金基羟基 HA 复合材料的生物相容性与生物活性。 本研究采用动物体内埋植实验来研究镁合金基 HA 复合材料的生物相容性; 将制备好的镁合金基 HA 复合材料浸泡于 SBF(模拟体液) 中测试该材料的生物活性。http://www.751com.cn

  1 材料与方法
 
  1. 1 实验材料
  
  1) 实验主要材料
  
  采用电泳沉积法制备好的镁合金基 HA 复合材料; SD 大鼠 8 只,来源于南华大学动物实验中心。

  2) 实验主要试剂

  无水乙醇(≥99. 7%) 、7% 的水合氯醛、组织固定液(10% 的福尔马林中性固定液) 、去离子水、SBF 溶液。

  3) 实验主要设备

  自制 SD 大鼠实验手术台(含手术刀、手术针、手术缝合线、镊子、剪刀等) 、X 射线衍射仪(XD-3) 、组织切片机、生物电子显微镜(PH50) 、电子分析天平(DV214C) 、电热恒温箱(SA2-WD-350) 、超声波清洗器 (KQ-100B) 、JSM-6490LA 型扫描电子显微镜。

  1. 2 实验方法

  1. 2. 1 种植体预处理

  将制 备 好 的 镁 合 金 HA 复 合 材 料 试 样(2 mm ×2 mm ×1 mm) 进行修整; 采用 X 射线衍射仪对试样进行 XRD 分析,以验证 HA 涂层的制备情况,并排除种植体含其它杂质污染的可能。 在动物埋植实验前,先将种植体试样浸泡于无水乙醇溶液中 30 min 进行消毒处理,防止细菌感染而引发炎症反应。

  1. 2. 2 动物埋植实验

  1) 分组及对照设计

  实验在南华大学动物实验中心进行。 选取 SD大鼠 8 只,体重约 200 g,雌雄各半。 将实验大鼠分成两组: (1) 种植体组: 将制备好的种植体材料适当修整,植入到大鼠左侧后肢肌肉内,并对植入物进行包埋定位后缝合。 (2) 对照组(无植入材料单纯的损伤组) : 将大鼠相对应的左侧后肢肌肉组织剪开一个小口,对伤口定位后进行缝合。

  2) 外科手术

  用无水乙醇对植入大鼠体内的种植体进行消毒灭菌处理后,选用 7% 的水合氯醛作为麻醉剂药品,使用剂量为 0. 005 mL/g 麻醉剂药品对动物进行一次给药静脉全麻。 全麻醉成功后,将大鼠仰卧固定在实验手术台上,取左侧后肢内侧肌肉组织为植入部位,并对植入部位表皮去毛,采用络合碘溶液进行常规手术消毒,铺无菌手术巾。 将表皮切开一道两厘米左右的口子,然后使用镊子找到肌肉组织,通过手术刀将肌肉组织切开一小口,然后将种植体埋入肌肉组织,使用手术针和手术缝合线将肌肉组织缝合进行包埋定位,定位后将大鼠的表皮伤口缝合。 术后将实验大鼠放入动物饲养箱,不限制动物的自由活动。

  3) 组织学检测

  手术后饲养一定的时间(分别为 2、3、4 周) ,采用 7%的水合氯醛作为麻醉剂药品静脉注射麻醉动物,然后采用气体栓塞法处死实验动物。 处死后立即取材,将含有植入物及其周围的肌肉组织切下后,装入盛有组织固定液溶液的塑料标本管内进行组织固定,3 d 后取出整个肌肉组织,并将包埋的植入物取出后对周围组织进行组织切片、HE 染色处理,并置于生物显微镜下观察。

  1. 2. 3 SBF 浸泡实验

  取镁合金基 HA 复合材料样片 (9 mm ×9 mm × 2 mm) ,由于样片两面都有涂层,为了避免造成混淆,选择涂层完好的一面作为实验面,而另一面去掉部分涂层露出镁合金基体作为对照面。 将样片清洗后恒温(37 ±1 ) ℃浸泡于 SBF 溶液中,浸泡四周后取实验样片清洗、风干,进行XRD 分析。

  2 结果与讨论

  2. 1 种植体的表征

  在 X 射线衍射仪上分别对 HA 粉体、镁合金基及种植体材料进行衍射实验,通过衍射图谱的对照与分析,确定种植体的物相组成。 如图 1 是镁合金、羟基磷灰石(HA) 和种植体材料(HA/Mg 复合材料) XRD 衍射图谱对比分析图。 HA/Mg 复合材料与 HA 粉体的主要衍射峰能较好地相对应,且除镁合金衍射峰以外无其它的衍射峰存在,说明电泳沉积制备的 HA/Mg 复合材料表面涂层主要成分是 HA,且无其它的杂质存在。 电泳沉积没有导致 HA 晶相变化,还是单一的 HA 晶相。 同时各衍射峰在高度及宽度上有所差别,相比 HA 粉体,种植体所含的 HA 衍射峰高度较低、宽度较窄,表明种植体中 HA 的结晶度相对较低、总量相对较少。

  采用日本 JSM-6490LA 型扫描电子显微镜对制备的沉积涂层进行扫描,采用电泳沉积法制备的涂层表面微观形貌如图 2 所示。 由图 2 可知,涂层由针状的 HA 颗粒紧密排列而成,致密均匀,无裂纹,并完全覆盖了镁合金基表面。 采用粘接拉伸法测得涂层与镁合金基的结合强度约为 4 MPa.

  通过对电泳沉积工艺参数的优化及沉积涂层后续热处理,能够得到了涂层与基体结合强度良好、表面微观性能适中的 HA/Mg 复合材料。

  2. 2 动物实验

  实验鼠术后切口轻度红肿,无渗透,大约两周后伤口痊愈。 种植体埋入大鼠肌肉组织后,分别以术后 2 周、3 周及 4 周分批处死实验大鼠,解剖发现种植体周围软组织均无明显的充血、积液、变性、坏死及化脓等表现。 术后有轻微的炎症反应,存在少量的炎细胞浸润; 随着术后时间的延长,纤文结缔组织增生明显,逐渐形成纤文囊并包裹着种植体,周围组织浸润的淋巴细胞、巨核细胞等炎细胞逐渐减少。 这表明了 HA/Mg 复合材料引起机体的炎症反应、免疫反应不明显,无毒性,与机体相容性较好。

  种植体不同埋植时间周围组织切片如图 3 所示,图 3a 为实验对照组,图 3b、3c、3d 分别为种植体埋入 2 周、3 周以及 4 周的组织切片图。 相比对照组,图 3b 周围组织有少量结缔组织增生及新生血管的形成,并有较多的淋巴细胞、巨核细胞等炎细胞的浸润,分布均匀; 图 3c 与图 3b 相比,周围组织淋巴细胞、巨核细胞等炎细胞浸润相对较少,结缔组织增生明显,但是没有形成纤文囊; 图 3d中埋植物周围未见大量多核巨细胞及中性粒细胞等炎细胞的浸润,且有大量的纤文结缔组织增生,纤文结缔组织包裹种植体形成纤文囊。 由于取下种植体时,依附在种植体表面的纤文组织被撕下,图片 3d 中纤文囊局部位置无纤文结缔组织而形成光滑的曲面。

  对取出的种植体进行肉眼观察及称重测量,发现种植体几乎没有发生降解且重量变化幅度小,这说明了种植体表面 HA 涂层在一定的时间内能阻缓镁合金基体的腐蚀。

  2. 3 SBF 实验

  HA / Mg 复合材料浸泡前表面 HA 涂层为针状的 HA 颗粒紧密排列,且 HA 涂层表面无晶体沉积。

  浸泡于 SBF 溶液四周后,镁合金基 HA 复合材料表面不但没有被腐蚀,其表面涂层厚度反而增加,有一层白色覆盖物沉积于涂层表面。 图4 为 HA/Mg 复合材料浸泡于 SBF 溶液四周后的 SEM 图,通过图4 观察可知,排列紧密的针状形的 HA 表面有一层白色的晶体覆盖,并形成块状的覆盖物。

  经如图 5 的 XRD 分析,该覆盖物具有磷灰石晶相,相比浸泡前,浸泡后的涂层中所含的磷灰石的 XRD 衍射峰强度增加,而镁合金 XRD 衍射峰强度降低。 表明了浸泡后的复合材料所含磷灰石成分增加,羟基磷灰石(HA) 能诱导磷灰石的形成。 然而对照面去掉涂层部分的地方腐蚀相当严重,镁合金基底基本完全被腐蚀了。 说明了羟基磷灰石(HA) 在体液环境耐腐性较好,能减缓镁合金在体液环境中的腐蚀速率。

  3 结 论

  动物埋植实验表明电泳沉积法制备的镁合金基 HA 复合材料引起机体免疫反应不明显,无细胞毒性,不产生炎症反应,具有良好的生物相容性。 SBF 浸泡实验表明镁合金基 HA 复合材料能够促进钙的沉积,诱导类骨磷灰石的形成,具有良好的生物活性。 动物埋植实验和 SBF 浸泡实验同时验证了镁合金基 HA 复合材料具有良好的耐腐蚀性,说明了 HA 能减缓镁合金的腐蚀速率,使得镁合金在预定的服役期内满足机械性能要求。

  参考文献:
  [1]曾荣昌,孔令鸿,陈君,等。 医用镁合金表面改性研究进展[J]. 中国有色金属学报,2011,21(1) : 35-43.
  [2]郭洁,唐舟,朱伟,等。 表面改性在医用镁及镁合金材料研究中的应用[J]. 生物骨科材料与临床研究,2009,6(4) : 38-41.
  [3]张晓,梁敏洁,廖海洪,等。 生物医用镁合金腐蚀与防护的研究进展[J]. 热加工工艺,2014,43(8) : 9-12.
  [4]李俊杰,姚晖,陈亦平,等。 微纳米羟基磷灰石及其复合材 料 研 究 进 展[J]. 化 工 进 展,2006,25 (6) :651-657.

镁合金基HA复合材料的生物相容性分析下载如图片无法显示或论文不完整,请联系qq752018766
设为首页 | 联系站长 | 友情链接 | 网站地图 |

copyright©751com.cn 辣文论文网 严禁转载
如果本毕业论文网损害了您的利益或者侵犯了您的权利,请及时联系,我们一定会及时改正。