钛合金人工关节柄烧结复合生物活性玻璃陶瓷涂层的研究

采用两步涂烧法在钛合金表面制备出防组织液渗透 ,结合强度高 ,生物相容性好的复合生物活性陶瓷涂层 。

人骨形态发生蛋白2基因转染的骨髓基质细胞复合生物活性玻璃陶瓷修复颅骨缺损

背景:目前已有将体外培养的骨髓基质细胞与支架复合修复骨缺损的临床报道。但是由于该类复合材料中缺乏骨生长因子作用,在原位的成骨作用并不十分理想。目的:探讨携带人骨形态发生蛋白2基因的骨髓基质细胞复合生物活性玻璃陶瓷材料在修复兔颅骨缺损中的原位成骨作用。设计、时间及地点:随机对照动物实验,于2005-02/2008-11在辽宁医学院解剖学实验室完成。材料:生物活性玻璃陶瓷由中国科学院四川成都光电研究所提供,转人骨形态发生蛋白2和转pcDNA3载体的骨髓间充质干细胞由辽宁医学院解剖学教研室骨组织工程研究所保存。方法:制备兔双侧颅骨骨缺损模型,将基因转染的骨髓基质细胞与生物活性玻璃陶瓷复合培养物植入骨缺损区,术后第4,8,12周对植骨区进行大体观察、X射线摄片、组织切片、组织化学检测。主要观察指标:①复苏后的转染人骨形态发生蛋白2的骨髓基质细胞的生长特性。②从大体、X射线结果和组织学等方面观察复合材料在原位修复骨缺损的作用。结果:转染的骨髓基质细胞在细胞形态及增殖特性方面与未转染的细胞无明显差异。扫描电镜显示基因转染的骨髓基质细胞在生物活性玻璃陶瓷表面呈星形紧密排列,长入生物活性玻璃陶瓷孔隙中。复合材料植入免颅骨缺损后,X射线观察术后第4周骨缺损外周骨质与复合材料之间大部分被高密度阴影充填,术后第12周骨缺损外周骨质与复合材料之间完全被高密度阴影充填;光镜观察术后第8周骨小梁大部分相连成片,术后第12周骨小梁粗大,骨髓再生。结论:基因转染的骨髓基质细胞复合生物活性玻璃陶瓷材料基本符合骨组织工程学的要求,在骨缺损区原位具有良好的成骨作用。

磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷表面接枝多肽改性研究

为在磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷(Apatite-Wollastonite Bioactive Glass-Ceramic,AW)表面引入能够促进细胞粘附的RGD(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸)多肽以提高其生物活性,采用低温等离子法在材料的表面引入活性氨基基团,并通过浸渍法使氨基基团与多肽发生反应。采用XRD、XPS、ATR-FTIR对AW的相组成及表面改性特性进行表征,确认通过低温等离子法在AW表面接上氨基,RGD多肽分子与氨基反应以化学键合的形式接枝到材料表面(RGD-AW),实现了在AW表面接枝生物大分子的改性。将改性前后的材料分别与类成骨细胞(MG63细胞)混合培养并使用荧光显微镜、SEM及MTT等测试方法对材料的细胞生物学性能进行了表征。细胞实验结果表明:接枝RGD多肽分子的材料在细胞培养的早期阶段比AW更有利于细胞的粘附及铺展。

含锰锌铁氧体磁性生物活性玻璃陶瓷制备工艺及其性能研究

在磷灰石/硅灰石生物活性玻璃陶瓷(A-WGC)中掺杂锰锌铁氧体,制备出一种新型的磁性生物活性玻璃陶瓷,并研究了不同制备工艺对其磁性和生物活性的影响.结果表明,使用不同掺杂工艺制备的材料的主晶相均为硅灰石、磷灰石、氟磷灰石和分子式为Zn_(0.75)Mn_(0.75)Fe_(1.5)O_4的锰锌铁氧体.在充磁至7.96×10~5A·m^(-1)时,各材料的饱和磁化强度相差不大,在5.4～5.9A·m^2·kg^(-1)之间.材料的生物活性与烧结前和锰锌铁氧体前驱体复合的A-WGC原料的反应活性有关,A-WGC原料的反应活性越低,材料的生物活性越好.比较各材料,采用将A-WGC前驱体高温煅烧后再与锰锌铁氧体前驱体固相混合的工艺制备的材料具有良好的磁性和较高的生物活性.

掺镧多孔生物活性玻璃陶瓷的制备与表征

使用溶胶凝胶法和有机泡沫浸渍工艺制备了(45-x)CaO-xa_2O_3-4.5MgO-33SiO_2-16P_2O_5-0.5CaF_2(0≤x≤5)(质量分数)体系的多孔生物活性玻璃陶瓷。研究了不同含量的氧化镧对材料的晶相组成、力学强度、生物活性、磁性和生物相容性的影响。研究结果表明,La_2O_3的掺入量x≤5时,提高了生物活性玻璃陶瓷的力学强度,赋予了材料一定的磁性能,但当掺入量为x=5时,对材料的生物相容性造成了一定的影响。

磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷对谷氨酸的吸附

背景:磷灰石-硅灰石生物玻璃陶瓷是近年发展起来的优良骨修复支架材料,可为种子细胞提供良好的生长环境。但是细胞与载体的相互作用及变化机制尚未完全清楚。目的:考察溶胶-凝胶法制备的磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷对谷氨酸的吸附行为,探讨温度、溶液pH值、质量浓度对谷氨酸吸附量的影响。设计、时间及地点:观察实验,于2008-03/09在四川大学材料科学与工程学院完成。材料:用溶胶-凝胶法制备的磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷。方法:将片状磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷浸泡于谷氨酸溶液中,改变谷氨酸溶液质量浓度、pH值、温度等吸附条件。主要观察指标:测量不同条件下的谷氨酸吸附量。结果:①磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷初次对谷氨酸吸附时,属于Freundlich型吸附,包括物理吸附和化学吸附。②谷氨酸较适宜的吸附条件为pH3.4或者8,温度为37℃左右。结论:磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷对谷氨酸的吸附受溶液pH值、温度、谷氨酸质量浓度等因素的影响,且存在一定的规律。

含钙铁氧体磁性生物活性玻璃陶瓷热种子的制备与表征

本工作将钙铁氧体与溶胶-凝胶法制得的生物活性玻璃陶瓷复合,制备了含钙铁氧体磁性生物活性玻璃陶瓷磁热种子。对所制得材料的物相组成、磁性、体外生物活性、磁生热能力及磁热对肿瘤细胞的杀伤效应、组织相容性进行了表征。结果表明,材料主晶相为CaSiO_3、Ca_5(PO_4)_3F和CaFe_2O_4。充磁约8×10~5 A·m^(-1)时,材料饱和磁化强度约5A·m^2·kg^(-1),矫顽力约2×10~4 A·m^(-1)。暴露在342kHz、1×10~3 A/m的交变磁场下,0.1g材料20min内即能实现升温约40℃。在浸泡入模拟体液中14d后,材料表面能形成不连续的含有碳酸根生物的活性层。MTT细胞增殖实验显示材料无细胞毒性,MG63细胞能在材料上粘附和生长。将材料与VX2细胞在交变磁场下复合培养20min,材料周围出现明显的死亡细胞圈。兔肌肉植入实验显示材料组织相容性良好。

用于骨再生的铷改性生物活性玻璃陶瓷

为了研究铷(Rb)元素对CaO−SiO2−Na2O−B2O3−MgO−ZnO−P2O5系生物玻璃陶瓷的相组成、显微结构、力学性能和细胞响应的影响,设计加铷和不加铷的玻璃陶瓷成分。结果表明,在不含Rb的生物玻璃陶瓷基体中形成羟基磷灰石(HA)和Mg−白磷钙矿(Ca18Mg2H2(PO4)14)晶相;而添加Rb后,仅检测到HA相。添加Rb后,生物玻璃陶瓷中晶体的晶粒尺寸增大。添加Rb可以提高生物玻璃陶瓷的抗弯强度。细胞实验结果显示,含Rb的生物玻璃陶瓷具有更好的细胞粘附、增殖和碱性磷酸酶(ALP)活性。总之,含Rb玻璃陶瓷具有良好的力学性能、优良的生物活性和生物相容性,有望应用于骨再生领域。

生物活性玻璃陶瓷与骨膜源性成骨细胞体外相容性的实验研究

目的:探讨多孔状生物活性玻璃陶瓷(bioactive glass ceramics,BGC)与体外培养扩增的兔骨膜源性成骨细胞(periosteal-derived osteoblasts,POBs)的生物相容性,为骨组织工程载体材料的选择提供依据。方法:体外培养并扩增兔骨膜源性成骨细胞,运用MTT法和酶学测定法分别检测BGC提取液对细胞增殖和碱性磷酸酶(ALP)活性的影响,运用倒置相差显微镜、扫描电镜观察与BGC复合培养的细胞在材料内的生长情况。结果:BGC提取液对培养早期细胞的增殖有一定的抑制作用,对培养晚期细胞的增殖无明显影响;在细胞培养过程中能上调POBs分泌ALP的能力;细胞在BGC材料孔隙表面生长良好,并能增殖、分泌细胞外基质。结论:在体外多孔状BGC具有良好的细胞相容性,为BGC作为骨组织工程的细胞载体提供了实验依据。

生物活性玻璃陶瓷对成骨细胞影响的体外实验研究

目的探讨生物活性玻璃作为成骨细胞培养支架的可行性,为骨组织工程寻找一种良好的细胞载体。方法采用骨膜源性成骨细胞与生物活性玻璃陶瓷体外复合培养,通过光镜、电镜、上清液ALP测定及流式细胞仪观察及检测生物活性玻璃陶瓷对成骨细胞生物学性状的影响。结果成骨细胞在生物活性玻璃陶瓷的表面及空隙内生长状态良好,上清液ALP测定值及细胞凋亡率(Ap)两组对照无显著性差异。结论生物活性玻璃陶瓷具有良好的生物相容性、生物活性和成骨作用,可以成为骨组织工程中一种新型的细胞支架材料。

生物活性玻璃陶瓷涂层与Hedgehog信号通路调控成骨

背景:生物活性玻璃陶瓷作为钛合金涂层的应用,已在临床上获得成功。而Hedgehog(Hh)信号通路与成骨关系密切,但目前为止还没有生物活性玻璃陶瓷涂层与Hh信号通路调控成骨过程的关系的研究。目的:探讨生物活性玻璃陶瓷涂层与Hh信号通路调控成骨过程的关系。方法:(1)制备生物活性玻璃陶瓷涂层材料,应用扫描及透射电子显微镜观察涂层结构;(2)将原代培养大鼠骨髓间充质干细胞接种在生物活性玻璃陶瓷涂层上,应用荧光定量RT-PCR、Western blot、免疫荧光染色等方法检测成骨标志物骨形态发生蛋白2和Hh信号通路关键因子Gli1(Gliloma-association oncogene homoglog)的表达,并观察细胞的迁移能力。结果与结论:(1)电镜下生物活性玻璃陶瓷涂层表面无裂纹,表面光滑,具有致密的介孔结构,涂层厚度约350 nm;(2)生物活性玻璃陶瓷组中骨形态发生蛋白2和Gli1 mR NA和蛋白表达水平显著高于对照组,且Gli1和骨形态发生蛋白2蛋白在成骨过程中相互联系;与对照组相比,生物活性玻璃陶瓷组的骨髓间充质干细胞的迁移能力明显增强。(3)结果提示生物活性玻璃陶瓷涂层通过增加Hh信号通路的转录因子Gli1的表达,进而促进激活Hh信号通路,增强Hh信号通路活性,协同增加骨形态发生蛋白2,共同促进成骨细胞的生长增殖。

生物活性玻璃陶瓷植入下颌骨缺损区远期临床疗效及组织学观察

目的:观察生物活性玻璃陶瓷植入下颌骨缺损区的远期临床疗效 ,材料内部以及材料与骨界面的显微结构。方法 :对两例患者因肿瘤行部分下颌骨切除生物活性玻璃陶瓷 (bioactiveglassceramics,BGC)植入术后8～10年的临床疗效进行观察。将原植入的BGC取出 ,陶瓷标本福尔马林磷酸缓冲液脱钙 ,HE染色 ,进行组织学观察。对57例较完整病例进行回顾分析。结果:BGC在尚有少量下颌骨支架残存或与自体骨复合移植时骨替代效果良好 ,但存在不能随颌骨同步生长发育的缺点 ,因而术后可导致面部外形或错颌畸形。大体标本观察发现 ,骨组织可以完全长入10mm厚度的材料中 ,材料与其外侧的板状骨几乎无明显界限 ,多数板状骨以钉突形式长入材料中。组织学观察发现 ,材料中心有骨组织长入 ,表现为骨细胞、板状骨及骨样组织沉积。结论 :BGC复合自体骨植入有良好的临床效果 ,克服其脆性后有较大的临床应用前景。

生物活性玻璃陶瓷修复下颌骨缺损远期超微结构及元素含量分析

目的 :对2例下颌骨缺损区生物活性玻璃陶瓷 (bioactiveglassceramics,BGC)植入术后8、10年的临床疗效、植入BGC前后标本的超微结构进行观察及元素含量测定。方法 :将2例患者的BGC手术标本用戊二醛固定后 ,冷冻断裂形成自然断面 ,真空干燥条件下喷金 ,以10年前留下的BGC为对照 ,作断面的扫描电镜观察 ,同时X线探针测定植入前后元素含量变化。结果 :BGC在尚有少量下颌骨支架残存或与自体骨复合移植时骨替代效果良好 ,但存在不能随颌骨同步生长发育的缺点 ,因而术后可导致面部外形畸形或咬合紊乱。大体标本及超微结构观察发现 ,骨组织可以完全长入10mm厚度的材料中 ,材料与颌骨外侧的板状骨几乎无明显界限 ,多数板状骨以钉突形式长入材料中。X线能谱元素分析发现 ,SiMg原子百分含量由植入前27.7 %降至植入后0.43 %或更低,Ca、P的原子百分含量由植入前的54.66 %和9.89 %分别上升至60.44 %和31.87 %以上 ,Ca/P原子个数接近正常骨组织。结论 :BGC复合自体骨植入有良好的临床效果 ,克服其脆性后有较大的临床应用前景。

等离子喷涂AP40生物活性玻璃陶瓷涂层的结构和性能

采用大气等离子喷涂技术,在TiAl6V4基体上制备了AP40玻璃陶瓷涂层．利用光学显微镜,SEM和XRD分析技术对涂层形貌、显微组织结构和相组成进行了研究．探讨了热处理工艺对涂层组织结构及其性能的影响,并按德国DIN 50160标准进行涂层的拉伸强度试验．结果表明:等离子喷涂AP40玻璃陶瓷涂层在喷涂态,只有较低的结晶度．喷涂工艺对涂层的孔隙率和粉末沉积率有较大的影响．合适的热处理工艺可提高涂层的结晶度,减少孔隙以及提高结合强度．

抗生素/生物活性玻璃陶瓷复合人工骨的制备及药物缓释效果的实验观察

本课题用蜂蜡石油醚溶液浸泡内贮抗生素的BGC管,以制备具有局部药物绥释作用的复合人工骨。体外实验表明,用16％、12％、8％、0％不同浓度蜂蜡包裹的氯霉素/BGC复合人工骨。药物释放速度有显著差异。Td分别为:654.46d、624.71d、70.64d及36.71d。体内实验表明,用12％、16％蜂蜡包裹的氯霉素/BGC复合人工骨,药物释放期可维持在26～35天,局部维持有效抗菌浓度则可达100天以上。实验结果提示,用这种方法制备的复合人工骨有可能直接用于治疗感染性骨缺损。

AP40生物活性玻璃陶瓷HVOF喷涂层的结构和性能

采用高速火焰(HVOF)喷涂技术,在Ti6Al4v基体上制备了AP40玻璃陶瓷涂层.利用光学显微镜、SEM和XRD对喷涂层形貌、显微组织结构和相组成进行了研究.探讨了热处理工艺对涂层组织结构及其性能的影响.按德国DIN EN 582—1994标准进行涂层的拉伸强度试验.结果表明:HVOF喷涂AP40玻璃陶瓷涂层具有层状结构,含有少量孔隙和未熔化的颗粒;涂层主要由羟基磷灰石、氟磷灰石、硅灰石、方石英及部分玻璃相组成,喷涂工艺对涂层的孔隙率有较大的影响;合适的热处理工艺可提高涂层的结晶度,使涂层变得致密,使孔隙明显减少,使涂层结合强度得到明显提高.

生物活性玻璃陶瓷与钛钉在牙再植中的应用

牙周病所引起的牙周骨组织吸收是导致牙齿松动脱落的主要原因之一。如何防止牙齿松动脱落和修复牙周骨缺损乃是多年来口腔领域研究的重要课题。单纯行根管内钛钉植入虽可减少牙齿松动度,但不能解决骨缺损的修复问题。近年来国内外采用生物活性玻璃陶瓷材料(biological activated glass ceramic,BGC)修复骨缺损。但由于其修复骨缺损的时间较长,在修复期间内要靠外固定方法来解决牙松动问题。外固定方法并不十分理想。

生物活性玻璃陶瓷整复下颌骨缺损后的远期力学性能变化

目的 :研究植入下颌骨缺损区的生物活性玻璃陶瓷 (bioactiveglassceramics,BGC)远期力学性能变化。方法 :对两例因肿瘤行部分下颌骨切除生物活性玻璃陶瓷植入术后8～10年的BGC标本以植入前的BGC和人下颌骨骨皮质作对照 ,用三点弯曲法测定样品的抗弯强度以及弹性模量。结果 :BGC植入术后8～10年抗弯强度仍然明显低于骨皮质。弹性模量稍增加且高于皮质骨。结论 :BGC复合自体骨植入有良好的骨替代效果 ,克服其脆性后有较大的临床应用前景。

生物活性玻璃陶瓷牙槽窝种植的组织学观察

本实验应用生物活性玻璃陶瓷种植树科植入广西恒河猴新鲜拔牙牙槽窝，用光镜、扫描电镜、透射电镜观察生物陶瓷植入后45天至18个月的组织学变化。随着生物陶瓷植入时间的延长，生物陶瓷与牙槽骨之间的结合逐渐地由初期的纤维性变为骨性界面。机体局部组织呈现出对生物陶瓷溶解、取代反应。本法不失为一种较好的防止牙槽骨萎缩的方法。

大块状生物活性玻璃陶瓷表面复合骨髓-骨松质的成骨作用研究

将自体骨髓 -骨松质 (ABMC)复合于块状生物活性玻璃陶瓷 (BGC)表面 ,植入12条杂种狗无骨膜的下颌骨缺损区 ,分别于术后4周、12周、20周和40周处死 ,采用光镜、荧光显微镜及扫描电镜观察局部新骨生成与改建状况。发现术后4周时植入BGC上面有多量的新生骨形成 ,随时间的推移 ,此层骨组织增厚 ,并从不规则的骨芽向小梁骨转化 ,沉积在BGC表面或微孔内。而对照组始终末见骨形成。此结果表明BGC可以作为ABMC的生物载体 ,促进ABMC的异位成骨效应。BGC表面复合ABMC种植改善了BGC的力学强度 。