骨修复材料三维多孔钛基合金的表面纳米化及生物相容性研究

现有的金属基骨修复材料与人骨表面组织结构的不匹配容易导致病人出现排异反应，缩短植入体的使用寿命，影响病人健康。本项目拟研究在三维多孔钛基合金表面进行纳米改性，制备微米及纳米尺度上具有高仿真的、分等级的骨修复材料，从而提高植入体生物相容性，减少排异反应。通过对表面纳米相结构与基体之间的微观界面的分析，研究纳米相与基体之间的结合强度及原位生长机制。同时，对纳米相的微观结构、亲水性、生物活性、粘附蛋白适应性及细胞毒性进行分析，揭示表面纳米相对三维多孔钛基骨修复材料生物相容性的影响。本项目将首次研究纳米相在三维复杂形貌表面的原位生长机制及其对植入体生物相容性的影响，将推动三维多孔金属材料的表面纳米化、以及纳米相材料的生物相容性研究，从而促进三维多孔钛基合金作为骨修复材料的广泛临床应用。

近年来由于全球各种骨及关节外科创伤的增多, 人们对外科植入体的需求激剧增加, 这就使得骨组织修复材料包括脊柱修复和关节植入材料的开发及应用成为骨科学中发展最为迅速的领域之一。据统计，2001年全球骨科产品的销售将近150亿美元，并且正在以年平均13％的速度增长。然而，现有的金属基骨修复材料与人骨表面组织结构的不匹配容易导致病人出现排异反应，缩短植入体的使用寿命，影响病人健康。在这样的背景下，我们通过对本项目的实施, 运用不同的造孔剂例如氢化钛和碳酸氢氨成功地制备出新型的三维多孔钛基合金人工骨材料.为避免可能的金属离子析出和排异反应，我们运用非视线性的化学方法对这种多孔钛合金表面进行纳米改性，成功地制备出一维钛酸钠纳米线，得到了高仿真的、分等级的骨修复材料。IC-PMS对分析表明，处理之后的多孔钛合金在SBF中的金属离子析出浓度显著降低，细胞培养实验表明处理之后的表面有利于细胞的粘附和增殖；表面接触角测试实验表明一维纳米线表面修饰后从而显著地地降低表面接触角提高表面的亲水性。上述实验证实表面一维纳米线的修饰极大地提高了多孔钛合金人工骨的生物相容性。通过对表面纳米相结构与基体之间的微观界面的分析，揭示了纳米相在多孔钛合金基体表面的原位生长机制:即通过基体表层金属钛或者氧化钛同碱液在水热条件下化学反应形核、生长。同时、动物植入实验表明，植入体不仅有利于骨组织向内生长，同时有利于新骨组织的形成。本项目的研究成果将推动三维多孔金属材料的表面纳米化、以及纳米相材料的生物相容性研究，从而促进三维多孔钛基合金作为骨修复材料的广泛临床应用。