多孔钽孔壁的仿骨基质结构设计与关键技术研究

着眼于多孔钽低强度和低骨长入量对其骨修复种植体长效使用的制约，通过攻克多孔钽孔壁改性的微弧氧化与水热处理关键技术，在多孔钽孔壁表面设计并获得"含锶羟基磷灰石（Sr-HA）纳米纤维/氧化钽"双层复合膜；研究双层复合膜的形成机理及其与钽界面的结合机制，探讨内孔壁骨诱导性随Sr-HA纳米纤维层及氧化钽层结构组态的变化，揭示Sr-HA纳米纤维层降解消失后诱生骨/氧化钽的界面行为与结合机制，阐明孔内成骨量随种植时间的演化规律及其对多孔钽的强化效应；优化双层复合膜的结构组态，使之具有高的结合强度、生物活性并赋予经双层复合膜改性的多孔钽高的骨诱导性，以增进多孔钽基种植体强度及其骨固定度、进而提升使用寿命为目的，更好满足髋关节髋臼窝、脊柱等松质骨富集部位缺损骨的修复与替换功用。

多孔钽的低强度和低骨长入量制约了其在骨修复种植体的长效使用。本项目发明了多孔钽孔壁改性的微弧氧化与水热处理关键技术，在其孔壁表面制备了“钙、锶、磷掺杂钽酸钙基复相层/Sr-HA纳米纤维”双层结构涂层。其中，微弧氧化所形成的钽酸钙基复相层主要由钽酸钙构成，另含微量的Ta2O5和TaO，该层的生长方式为：在微弧氧化早期以向外生长为主，中期向基体外部和内部同时生长，后期生长转向为以向内生长为主。揭示了钽酸钙基复相层结合强度、骨磷灰石诱导能力与其组态的关系。阐明了Sr-HA纳米纤维层在钽酸钙基复相层上水热形成的机理：在水热处理过程中，钽酸钙基复相层中的Ca、P、Sr元素从层内向其表面迁移、析出、富集进而完成形核，随水热时间延长Sr-HA晶核沿C轴生长而成。发现纳米纤维状Sr-HA的存在可显著抑制在类体液环境中涂层结合强度的退化，提高涂层的骨磷灰石诱导能力。揭示了Sr-HA纳米纤维层几何构形参量（如纤维直径、取向、间距）对细胞附着与功能表达（如繁殖、分化、碱性磷酸酶活性、矿化）的作用效应，发现涂层表面纳米构形几何参量可显著调控其细胞响应行为，涂层的纳米构形维度比化学组成在骨细胞功能表达调控方面起着更为主导的作用。兔骨中种植实验结果显示，Sr-HA 构形化涂层的成骨量、骨接触面积、新骨形成能力及其与宿主骨的结合力均随着Srx-HA中掺杂量的增大而增大。优化的双层复合涂层结构，具有高的结合强度和生物活性，有望更好的满足髋关节髋臼窝、脊柱等松质骨富集部位缺损骨的修复与替换功用。本项目发表论文19篇，被SCI收录14篇；申请授权发明专利4项；在国际、国内学术会议上作邀请报告9次；培养毕业博士生2人，毕业硕士生6人。