NiTi合金表面Cu负载Ni-Ti-O纳米孔涂层的制备及其生物学性能研究

作     者：张佳明 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杭瑞强

授予年度：2019年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：镍-钛-氧纳米孔 铜 抗菌性能 骨髓间充质干细胞 成骨细胞 内皮细胞 

摘      要：近等原子比的镍钛(NiTi)合金因具有独特的形状记忆效应、超弹性、低弹性模量以及良好的生物相容性等优点,已作为生物医用植入材料广泛应用于整形外科领域。然而,由于其自身抗菌能力较差以及生物活性较弱,植入人体后易受感染,最终导致手术失败。合适的纳米级表面形貌可有效改善材料的生物相容性,而负载生物活性元素能有效发挥其生物学效应,因此将二者结合有望解决NiTi合金作为植入体存在的问题。本研究首先采用阳极氧化技术在NiTi合金表面构建了Ni-Ti-O纳米孔(表示为NP),然后再通过电沉积成功地将生物活性元素Cu负载至Ni-Ti-O纳米孔中(表示为NP-Cu),并系统评估了其体外抗菌性能、细胞相容性以及对骨髓间充质干细胞(BMSCs)、成骨细胞和内皮细胞功能的影响。综合本论文工作,所取得的研究结果如下:(1)采用阳极氧化技术成功制备出Ni-Ti-O纳米孔涂层,然后利用电沉积技术在Ni-Ti-O纳米孔中负载Cu。Cu(0.78-2.37 at.%)的负载对纳米孔直径、长度以及形貌影响不大,且Cu元素均匀的分布在涂层中。(2)NP-Cu涂层能安全有效地释放Cu离子和Ni离子,且其Cu离子释放水平与负载量相一致。与NP组相比,由于Cu离子的有效释放,NP-Cu试样对革兰氏阳性金黄色葡萄球菌表现出更优异的抗菌性能,随Cu含量的增加,抗菌率(60%-93%)也随之提高。(3)相较于NP对照组,NP-Cu涂层具有更好的生物相容性,不仅可以促进BMSCs的增殖,还能刺激I型胶原分泌以及促进细胞外基质矿化。(4)相较于NP对照组离子浸提液,NP-Cu试样的离子浸提液对成骨细胞的增殖及成骨功能无显著影响。(5)NP-Cu涂层对内皮细胞的初始粘附和铺展无显著影响,且均可以很好的促进内皮细胞增殖。与NP对照组相比,低Cu含量的NP-Cu试样能够显著促进血管内皮生长因子(VEGF)的分泌。此外,所有试样对NO合成无明显差异。