等离子喷涂生物涂层对病理性骨缺损愈合的应用研究

患者代谢性疾病(如骨质疏松症、糖尿病、痛风等)不利于体内骨植入体与周围骨的结合。基于不同疾病患者骨折部位骨微环境的特点,采用等离子喷涂技术制备的抗氧化应激生物涂层(针对骨质疏松)、抗感染-促成骨功能的生物涂层(针对糖尿病)和骨免疫调控涂层(针对痛风)能提高骨科植入器械与骨组织接触界面处的成骨能力,是增强植入体与骨结合的有效方法。研究了骨植入生物涂层对不同病理状态下效应细胞的影响,总结了材料表面性质调控效应细胞行为以及骨形成的规律,可为新型骨植入生物涂层的设计提供依据。等离子喷涂技术制备的含氧化铈的生物抗氧化涂层,可催化分解生物体内的过量活性氧簇,保护骨细胞成骨分化能力免于氧化应激的负面影响,有利于提高骨质疏松症下骨植入体的愈合能力。具抗感染与促成骨功能的硅酸钙基生物涂层能够抑制细菌在其表面的粘附与生长,降低植入体相关感染的几率,另外,该类涂层还能促进骨细胞成骨分化与矿化,提高骨植入体的成骨能力,有望应用于骨折合并糖尿病患者。等离子喷涂钛涂层表面微纳多级结构的构建以及生物涂层中锶/硼/铈等元素的掺入,有利于提高骨免疫性能,并促进骨细胞成骨分化,可用作炎症疾病下的骨缺损修复材料。     

表面工程应用实例[例23] 钛合金植入体等离子体表面改性

钛及其合金具有比重小、弹性模量与人体骨组织较匹配以及优良的耐腐蚀性和生物相容性等优点,是目前应用最为广泛的生物医用金属材料,常用作人工骨、人工关节、种植牙、种矫形组件等.但相对人体组织而言,钛植入体仍然是外体材料,不能完全为人体接受,其生物惰性、金属离子的释放和磨粒的形成,都会影响到植入体的正常使用效果.因此,对钛合金植入体进行表面改性,优化其表面性能,可有效改善其植入效果和使用寿命.     

聚醚醚酮骨植入体生物改性研究进展

聚醚醚酮是一种热塑性材料,凭其良好的生物相容性和X射线可透射性,被广泛用于生物医学领域。而PEEK骨植入体与人体骨骼强度存在一定差距,与人体骨组织结合能力较差和抗菌性能等不足,使其在生物领域的应用受到了限制。为了使PEEK更好地应用于人体骨植入领域,获得优异生物性能的PEEK骨植入体已成为研究的重点。概述了PEEK的加工技术、力学性能、骨整合性能和抗菌性能的研究。在此基础上,重点综述了近年来提高PEEK骨植入体力学性能与生物性能的各种改性方法的研究进展。在力学性能方面,对PEEK常用的填充材料碳纤维进行了概述,由于PEEK与碳纤维界面结合强度影响其整体力学性能,重点介绍了提高其结合强度的改性方法。在骨整合性能方面,对钛、二氧化钛和羟基磷灰石涂层材料及喷涂方法进行了概述,以及对等离子喷涂、喷砂、激光蚀刻和浓硫酸刻蚀表面处理方法的优缺点进行了分析。在抗菌性能方面,银离子释放浓度过高时会导致细胞毒性,重点阐述了如何控制银离子释放速度的研究。最后展望了PEEK骨植入体加工和改性的未来发展方向。     

[例23]钛合金植入体等离子体表面改性

钛及其合金具有比重小、弹性模量与人体骨组织较匹配以及优良的耐腐蚀性和生物相容性等优点,是目前应用最为广泛的生物医用金属材料,常用作人工骨、人工关节、种植牙、种矫形组件等。但相对人体组织而言,钛植入体仍然是外体材料,不能完全为人体接受,其生物惰性、金属离子的释放和磨粒的形成,都会影响到植入体的正常使用     

抗菌仿生多孔钛植入体的成骨性能（英文）

采用冷冻铸造和热氧化法制备一种新型兼具抗菌功能和良好骨整合性能的表面改性仿生多孔钛植入体。通过细胞增殖实验、碱性磷酸酶(AKP)活性水平测定实验、X线检测及骨硬组织切片等体内外成骨实验方法评价多孔钛植入体的骨整合性能。结果显示,随着植入体与体外细胞共培养时间的延长,表面纳米改性后多孔钛实验组的体外细胞增殖、分化活性水平较未表面纳米改性的多孔钛和致密钛对照组明显升高(P0.05);随着在动物体内植入时间的延长,处理和未处理多孔钛实验组孔隙中有骨长入和成骨现象,而且成骨细胞在处理组孔隙中分化程度更加成熟。抗菌仿生多孔钛植入体能与骨组织形成牢固的生物性骨嵌合,具有良好的骨整合性能。     

生物医用钛植入体表面微纳结构与生物活性离子对生物相容性影响研究综述

生物医用钛植入体的表面微观形貌及化学组成作为影响植入体生物相容性的重要因素,决定了植入的稳定性和使用寿命, 得到广泛研究,对钛植入体的表面改性研究现状进行系统梳理变得极为重要。针对钛植入体表面微纳米复合结构的构建及添加典型生物活性离子的研究现状进行综述,以及二者的结合对促进细胞黏附、增殖、分化和促进动物体内成骨的协同效应,简述微纳米复合结构对细胞行为的内在调控机制。结果表明,钛植入体表面的微纳米复合结构及生物活性离子对细胞的行为均表现出积极作用,兼具二者的植入体能够更好地促进细胞的黏附、增殖及分化,植入动物体内后更有利于植入体与周围组织的骨性整合。最后,根据当前生物医用钛植入体表面改性研究中存在的抗菌性能较差、对细胞的影响机制不明确等问题,提出植入体在表面改性领域的研究趋势。提出了钛植入体表面改性领域微纳结构构建和生物活性离子添加的研究现状和未来的发展方向,填补了钛植入体表面改性领域目前缺少综述文章来引领的空白,可为未来钛植入体的表面改性的发展提供借鉴。     

表面改性多孔钛植入体孔径和孔隙率对骨长入的影响（英文）

研究表面改性多孔钛种植体孔隙率和孔径对骨整合的影响。用粉末注射成形技术制备3种多孔钛植入体(A30,A40和A50,造孔剂NaCl的体积分数分别为30%,40%和50%)。将改性后的多孔植入体分别植入狗的背部肌肉和股骨内28、56和84 d后,检测多孔钛植入体与宿主骨之间界面成骨活性和骨组织长入孔隙内的情况。结果表明,喂料中造孔剂NaCl的添加量从30%增至50%(体积分数),多孔钛的总孔隙率从42.4%增至62.0%,大孔径(50μm)多孔钛的质量分数从8.3%增至69.3%。组织学和荧光标记结果显示,A50植入体在28 d时骨界面的成骨活性明显高于其他组,在84d时A30植入体骨长入的量低于其他组。因此,A50植入体的孔结构适合新骨组织长入多孔植入体。     

多孔Ta的制备及其作为骨植入材料的应用进展

多孔Ta金属是近二十年发展起来的一种具有良好生物相容性、优异的综合力学特性的骨植入材料,具备弹性模量与骨组织相匹配、高摩擦系数提高植入体植入初期稳定性、诱导新生骨组织长入提高植入体长期稳定性等方面优势,在临床上获得广泛应用。本文从多孔Ta金属作为骨植入材料的应用背景、优势、制备方法、生物学性能以及临床应用情况等方面,阐述了多孔Ta金属作为骨植入材料的研究现状及最新动态,并对其发展前景进行了展望。     

医用钛植入体激光微纹理生物性能研究进展

医用钛合金具有强度高、弹性模量低、疲劳性能好、密度最接近人骨等优点,被广泛应用于临床医学牙科和骨移植等领域。目前较常用的医用钛合金表面加工方法包括机械加工、酸蚀、喷砂、等离子喷涂和激光加工等。通过对比分析,激光加工表现出明显优势,与化学或传统物理加工方法相比,采用激光加工医用钛植入体表面具有高效、清洁、准确、柔性等优势。应用各类脉冲激光器,可以在植入体表面加工特定的表面纹理和纹理组合,改善植入体的生物相容性。归纳了植入体表面纹理对植入环境的影响,表面纹理形状、粗糙度和润湿性等表面特性直接影响细胞组织的黏附、生长和增殖,对细胞生长具有接触导向作用。通过调控激光通量、脉冲频率、扫描速度和脉冲宽度等激光参量可对表面纹理的规则性、准确性、尺寸、氧化程度等特征产生不同影响,进而影响医用钛植入体的表面微观形貌、粗糙度、硬度和润湿性,使其在生物环境中获得更好的服役性能。通过激光加工获得的理想医用钛植入体表面可有效避免植入体表面细菌的滋生,降低发病率,提高植入成功率。经激光加工后,医用钛植入体表面会出现不同程度的裂纹,导致在服役过程中植入体表面产生的摩擦碎屑对植入体环境造成不良影响。通过综述以上各方面的研究进展可知,随着超短脉冲激光技术的发展和新型医用植入体材料β钛合金制备技术与工艺的完善,经激光加工后植入体将获得更理想的表面特性和服役性能。     

可降解镁合金的动物体内骨诱导作用

将两种形态的AZ31B镁合金(条型内固定板和片状多孔板)植入实验动物(新西兰兔)体内,并以钛合金板作为对照,研究了镁合金在修复实验动物下颌骨表面不同形态骨缺损时的骨诱导作用.结果表明,镁合金条形内固定板植入90和180 d后,周围有新骨生成,新骨生成量高于对照组;而片状多孔板植入180 d后,其下方出现不同程度的成骨和溶骨.AZ31B镁合金具有明显的诱导动物机体新骨生成的能力;但当镁合金降解产生的局部镁离子浓度过高时,则会引起局部的溶骨反应.