医用钛表面生物活性化研究

钛及钛合金具有优良的生物相容性和机械性能,已应用于临床,尤其是用作骨替换与修复材料.但是,钛属于生物惰性材料,不能与骨组织形成化学键合或称骨键合.通过表面改性可使其在生理环境具有诱导羟基磷灰石在表面自发生长的能力,即生物活性化.这是当今生物医用材料研究的热点领域之一.本文评述了钛表面生物活化的研究现状,简要总结了本课题组在这方面的研究工作.     

原位合成羟基磷灰石/明胶复合材料及表征

以Ca(NO3)2、(NH4)2HPO4和明胶为起始原料,采用原位合成的方法,制备与自然骨成分和结构相似的羟基磷灰石/明胶复合材料(HA/Gel).采用各种分析手段对样品进行表征.红外结果表明HA/Gel中波数为1339cm-1的酰胺基团向低波数发生了红移;X射线衍射证明HA/Gel复合材料中的元机相主要为低结晶度、晶粒尺寸细小的羟基磷灰石;热重结果证明本试验制备的HA/Gel中Gel的含量达到15%左右;采用扫描电镜观察HA/Gel复合材料的微观形貌.扫描电镜观察发现HA颗粒定向分布在Gel连续相基体上,本试验结果证明HA与Gel形成键性结合,是一种颇有前途的骨组织替换材料.     

纳米羟基磷灰石/壳聚糖杂化材料的制备

以原位沉积法为基础, 采用水热处理法制备羟基磷灰石(HA)/壳聚糖(CS)杂化材料, 以解决HA在CS基体中分布不均和结合不紧密的问题. 研究表明, 通过水热处理后所得到的杂化材料是由CS分子和低结晶度的HA晶体所组成. 其中HA的晶体尺寸为纳米级, 均匀分布在CS分子中. 而且杂化材料中的HA和CS都出现沿C轴方向的择优生长. 同时还发现, 在所得杂化材料中的HA晶体与CS分子出现了较强的化学键合作用, 且这种化学键合作用的强度随水热处理温度的升高而增强, 其中当水热处理温度为100℃时,这种化学键合作用达到最强.     

多巴胺载入对磷酸钙骨水泥性能的影响及体外生物学评价

本实验利用具有良好生物相容性和强黏附性能的多巴胺(dopamine,DA)提高磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement,CPC)的抗压强度,采用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、万能材料力学试验机和场发射扫描电镜研究载多巴胺磷酸钙骨水泥(DA-CPC)的理化性能;将DA-CPC与成骨细胞(MC3T3-E1)体外共培养,以荧光显微镜观察细胞形貌,并进行Alamar Blue和碱性磷酸酶检测,研究DA载入后对成骨细胞增殖和分化的影响。结果表明:DA载入CPC中可发生自聚合形成聚多巴胺,促进CPC中的α-TCP和DCPD的溶解与转化,并不改变最终水化相成分;显著地提高CPC的抗压强度;DA的载入有利于成骨细胞的早期粘附和增殖,并不影响其分化。本实验表明载入DA的CPC具有良好的生物相容性,载入DA为提高CPC的抗压强度提供了一条可能的途径。     

超高分子量聚乙烯在人工髋关节中的摩擦磨损研究

超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)的磨损是导致人工髋关节失效的重要原因之一。介绍了UHMWPE体外摩擦的磨损机理和改性方法,阐述了一些研究摩擦磨损的试验手段,如髋关节模拟机的研究、润滑体系、磨损的测定、磨屑的评价、有限元分析等,提出了UHMWPE在目前临床应用上亟待解决的问题。     

泡沫复制法制备多孔钛及表面水热碱处理改性

采用聚氨酯泡沫复制法成功的制备出孔径可控、孔隙率高且三维贯通的多孔钛.采用水热碱处理法对多孔钛进行表面改性,以提高其生物活性.改性后多孔钛的表面形貌发生了改变,呈均匀分布的三维网状微纳米结构.将改性后的多孔钛浸泡在SCPS中检测其矿化能力.研究结果表明,改性后的多孔钛能加速磷灰石的矿化,其中三维网状微纳米结构是加速矿化的主要因素.同时考察了改性后的多孔钛表面大鼠颅盖骨成骨细胞(MC3T3-E1)的黏附铺展情况.细胞培养表明细胞在改性后的多孔钛表面能较好的黏附铺展.上述研究结果表明水热碱处理改性后的多孔钛具有较好的生物活性及生物相容性.     

快释型磷酸钙骨水泥性能和释药机理

磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement,CPC)是一种具有临床应用前景的抗生素载体材料,但抗生素长期残留易导致发生耐药性,本研究的目的是制备和表征快释型磷酸钙骨水泥(fast-releasing calcium phosphate cement,FRCPC),并研究其快速释放机理。采用在CPC中加入易溶于水的物质制备FRCPC,测试其凝结时间、抗压强度、药物体外释放及释放过程中易溶于水的物质的溶出,观察骨水泥断面微观形貌。结果表明:FRCPC初凝时间为(8±0.33)min,终凝时间为(16±0.50)min,抗压强度为(2.6±0.23)MPa。药物体外释放结果表明:FRCPC中的药物释放明显快于CPC中的,能在7d内完全释放。在药物释放不同时间点的X射线衍射谱和采用沉淀滴定法测试易溶于水的物质溶出量的结果均表明:FRCPC中,易溶于水的物质迅速溶出,与扫描电镜观察结果(FRCPC相对于CPC孔隙率增加和孔径增大)相吻合,利于FRCPC中药物快速释放;且释放符合以扩散控释为主的Higuchi模型。FRCPC可实现防止耐药性发生的目的,通过进一步性能改进有望应用于临床。     

关于皮肤摩擦学特性的研究

综述了皮肤摩擦特性的研究进展、实验方法和设备及不同因素对皮肤摩擦特性的影响 ,分析了皮肤摩擦特性在相关领域中的作用 ,并对皮肤摩擦学的研究发展方向提出了建议。     

纳米晶体纤维素增强磷酸钙骨水泥的研究

本研究探索具有良好力学性能的纳米晶体纤维素(NCC)对磷酸钙骨水泥(CPC)抗压强度的影响。采用万能力学试验机、Gilmore双针、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)表征含不同NCC的CPC理化性能; 利用扫描电子显微镜(SEM)和荧光显微镜观察CPC断面形貌和荧光标记的NCC在CPC中的分散。抗压强度结果表明: NCC能显著提高CPC的抗压强度, 且2% NCC-CPC的抗压强度最高, 约为27 MPa; CPC的凝固时间随NCC含量的增加而延长, 含量为2%时基本符合临床要求; XRD和XPS结果显示NCC与Ca²⁺形成不稳定的配合物, 促进了CPC中二水磷酸氢钙(DCPD)和CaCO₃的溶解和转化; SEM观察结果显示加入NCC使CPC内部结构更致密, 孔隙和裂纹减少; 荧光显微观察结果表明NCC在CPC中均匀分散。     

钛表面不同厚度氧化钛纳米管层的摩擦磨损行为*

为了改善钛的摩擦学性能,采用阳极氧化法在钛表面制备了纳米管径约100nm,厚度分别为500nm、1 000nm和1 500nm的TiO2纳米管层,并在450℃保温3h进行热处理。对试样的表面形貌、显微硬度和粗糙度进行测试。利用摩擦磨损试验考察了热处理前后不同试样在大气环境下的摩擦磨损行为。结果表明:干摩擦下,纳米管层的存在降低了钛与GCr15轴承钢球之间的摩擦系数;随TiO2纳米管层厚度的增加,试样的摩擦因数逐渐降低,磨损逐渐下降;热处理使纳米管由无定型氧化钛转变为锐钛矿晶型,进一步降低了摩擦因数,增加了钛的耐磨性能;纳米管层的磨损机制为磨粒磨损,接触疲劳磨损和粘着磨损。