多级修饰具有表面多孔结构的双活性低模量钛的制备及其生物学研究

An ideal orthopedic implant should own the characteristics of low modulus, high osteogenic ability and antibacterial ability. To date, all the implants used in clinical can’t satisfy to be ideal implants. Our previous studies had revealed that micro-arc oxidation could enhance the osteogenic ability of titanium by forming surface coating containing some osteogenic elements; Ag ion was implanted on the surface of titanium by ion implantation technology to elevated antibacterial ability; antibiotics were loaded in the porous metal through microcapsule loading to give local drug releasing and implant supporting. In this project, we plan to fabricate a novel low modulus titanium (PS-Ti) with surface porous structure, with an internal entity and an external porous structure specifically, through tantalum wire space holder (TWSH). Experiments about the correlation between the osteogenic ability and pore property will be performed, best pore property for bone forming will be determined. Then, we will promote the osteogenic and antibacterial ability of PS-Ti through surface modification technology and microcapsule loading. Finally, we fabricate a dual-function with low modulus and surface porous structure titanium, which will pave the way for develop a high-osseointergration and antibacterial domestic-made prosthesis.

理想的内植物应具有低弹性模量，高成骨活性及抗菌能力等特点。然而，目前临床上使用的内植物均难以同时满足上述要求。我们前期通过微弧氧化等方法对钛合金进行表面改性同时添加促成骨成分，成功提高了钛的成骨活性；通过离子注入等方法将抗菌元素Ag注入到钛金属表面，使得其具有较强的抗菌性能；通过对多孔金属进行抗生素微囊载药对感染进行局部给药同时给予内植物的支持。本项目拟在先前的研究基础上，通过钽丝造孔（Tantalum wire space holder，TWSH）的方法制备出一种新型的表面多孔低模量钛（PS-Ti），其具有内部实体，外部多孔的结构。并研究PS-Ti的孔隙率大小、孔径大小与成骨作用的关系，之后对最佳的PS-Ti进行多重的修饰，以期提高PS-Ti的成骨以及抗菌能力，从而制备一种低弹性模量具有表面多孔结构的双活性钛，为研发具有高骨整合度及预防人工关节感染的新型低模量国产化假体奠定基础。

骨科内植入物尤其是人工关节，应具有同人皮质骨相匹配的低弹性模量，同时具有良好的抗菌及成骨活性也至关重要。然而，目前使用的骨科内植物多为实心金属，弹性模量远远、高于皮质骨且成骨及抗菌活性较差，本研究以制备具有低弹性模量，且同时兼备抗菌及成骨活性的内植物为目标进行以下研究（1）我们先通过spacer holder的方法低弹性模量的全多孔钛合金，并通过体内外实验筛选出生物相容性及力学性能较好的最佳孔隙率多孔钛。（2）我们再利用酸蚀的方法对多孔钛进行表面改性，提高多孔钛的生物相容性及成骨活性，为其进一步的临床推广提高实验基础。（3）通过前期对于多孔钛制备及体内实验的结果我们得出结论，以钛为基础制备的多孔材料其弹性模量仍高于皮质骨，并且多孔钛内部存在薄弱点，孔隙率和弹性模量难以同时满足临床需求，因此我们通过对弹性模量同骨组织相近的聚醚醚酮（PEEK）进行研究，在保留PEEK本身弹性模量低的优点前提下，通过表面改性，制备具有成骨及抗菌活性的多种表面多孔的PEEK，并通过实验验证其可以通过调节免疫微环境发挥其成骨及抗菌的活性。是一种有前景的骨科内植物。