医用金属材料的生物功能化研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 任玲 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 杨柯 |
| 关键词 | 医用金属材料 生物功能 不锈钢 钛合金 镁合金 metallic biomaterials bio-functions stainless steel titanium alloy magnesium alloy |
| 学位专业 | 材料加工工程 |
| 中文摘要 | " 医用金属材料以其高强韧性、耐疲劳、易加工成形等优良性能成为临床上用量最大和应用广泛的一类生物医用材料。然而，目前临床应用的医用金属材料一般在生物体中表现为生物惰性。本文利用铜元素在人体中的诸多有益生物功能作用，通过在现有医用不锈钢成分基础上添加适量的铜元素，设计和制备出含铜不锈钢新材料，提出通过其在人体生理环境中发生腐蚀而持续释放微量铜离子，从而赋予含铜不锈钢抗细菌感染、抑制心血管支架内再狭窄等生物医学功能。为此，本文对含铜不锈钢开展了系统而深入的研究，获得了许多有意义的研究结果。此外，本文还初步研究探索了含铜钛合金的抗菌功能，以及可降解镁基金属的抗菌与抗肿瘤等生物医学功能。本文开展的主要研究工作及得到的主要结论如下： （1）含铜不锈钢抗细菌感染的医学功能研究 在广泛临床应用的317L、304不锈钢成分基础上，设计并制备出317L型、304型含铜不锈钢（317L-Cu、304-Cu）。通过体外和动物体内植入等抗细菌感染实验，系统研究了含铜不锈钢的抗感染功能。研究结果表明，317L-Cu不锈钢对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等骨科常见感染细菌，304-Cu不锈钢对导致牙周炎的牙龈卟啉单胞菌都具有强烈的杀灭作用，并能明显地抑制细菌在不锈钢表面上的粘附及细菌生物膜的形成。此外，317L-Cu 不锈钢满足对植入材料的生物安全性基本要求。 （2）含铜不锈钢抑制冠状动脉支架内再狭窄的医学功能研究 在冠状动脉支架用316L不锈钢成分基础上，设计并制备出316L型含铜不锈钢（316L-Cu）。通过细胞粘附观察、流式细胞检测、Transwell实验、细胞划痕实验、动态凝血时间、血小板粘附、CCK-8细胞毒性实验等实验系统研究了316L-Cu不锈钢抑制冠脉支架内再狭窄的功能作用以及其生物安全性能。与316L不锈钢相比，316L-Cu不锈钢具有明显抑制动脉平滑肌细胞增殖和降低动脉平滑肌细胞迁移等作用，并且明显地减少血小板在其表面上的粘附，延长凝血时间。此外，316L-Cu不锈钢还能够显著地促进血管内皮细胞的增殖与迁移，从而可加快支架植入受损血管的重建过程。316L-Cu的上述表现均有益于降低冠状动脉支架内再狭窄的发生倾向。316L-Cu不锈钢满足对植入材料的生物安全性基本要求。 （3）含铜不锈钢中富铜相的析出行为研究 通过显微硬度、电阻率、X射线衍射、电化学阻抗以及差式扫描量热分析等材料研究方法，对含铜不锈钢中富铜相的析出行为进行了深入研究。研究结果表明，富铜相在含铜不锈钢中的析出分为两个过程，第一阶段是富铜相原子团簇的形成，第二阶段是富铜相原子团簇的溶解/粗化。富铜相的析出扩散激活能为181 kJ/mol，与铜原子在钢中的扩散激活能相近。透射电镜观察结果表明，含铜不锈钢中的富铜相易在晶界析出，尺寸约为20-30nm。 （4）含铜不锈钢表面的铜离子溶出行为研究 通过X射线光电子分析、电化学测试、浸泡腐蚀等研究了含铜不锈钢表面铜离子溶出行为及其耐蚀性能。研究结果表明，富铜相的存在会有助于含铜不锈钢中微量铜离子的溶出。含铜不锈钢主要是通过其表面上的富铜相及含铜钝化膜发生的一系列电化学反应而溶出铜离子。含铜不锈钢的耐点蚀性能会略有下降，但其总体耐腐蚀能力并没有发生明显改变，与普通不锈钢相当。 （5）其它医用金属材料的生物医学功能探索 以目前临床应用的纯钛和Ti-6Al-4V钛合金为成分基础，设计和制备出含铜钛合金，Ti-6Al-4V-xCu（x=1，3，5）和Ti-xCu（x=10，20，30）。研究结果表明，两种含铜钛合金均具有强烈的抗菌能力，并且满足对外科植入材料的细胞毒性评价要求。对生物可降解镁基金属的抗菌功能研究表明，纯Mg和AZ31镁合金在生理环境中降解产生的高碱性具有强烈的杀菌作用，具有疏松和多孔结构的含Si涂层仍然使镁基金属保持一定的抗菌作用，而具有致密完整结构的含F涂层可使镁基金属丧失抗菌作用。对生物可降解镁基金属的抗肿瘤功能研究表明，纯镁降解产生的碱性微环境对骨肿瘤细胞U-2OS的增殖具有强烈的抑制作用，通过表面改性，同样具有降低纯镁的降解速度，减缓pH值升高，进而影响对肿瘤细胞的抑制作用。" |
| 公开日期 | 2013-04-12 |
| 源URL | [http://210.72.142.130/handle/321006/64498]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 任玲. 医用金属材料的生物功能化研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所. 2012. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。