摘要: 多孔钛不仅具有优良的生物相容性，也因其孔结构的存在而能有效降低弹性模量，且能为组织提供大量的生长空间，利于植入体的固定。然而，过高的孔隙率会降低抗压强度等力学性能，且钛本身属于生物惰性材料。因而，如何解决孔隙率与力学性能之间的矛盾... 展开 多孔钛不仅具有优良的生物相容性，也因其孔结构的存在而能有效降低弹性模量，且能为组织提供大量的生长空间，利于植入体的固定。然而，过高的孔隙率会降低抗压强度等力学性能，且钛本身属于生物惰性材料。因而，如何解决孔隙率与力学性能之间的矛盾以及如何给具有复杂几何形貌的多孔钛赋予生物活性是值得研究的问题。 添加造孔剂法是制备多孔材料的一种传统方法，操作简便、成本低、对设备要求不高，且孔的很多参数如孔隙度和孔径尺寸等可通过对造孔剂的调整来进行控制。因此，本文选用该方法来制备多孔钛。通过对单一孔隙率的多孔钛烧结工艺的考查及孔隙率与力学性能的评价，得出较为合理的烧结工艺方案，并以此合理的工艺，制备了“外疏内密”的梯度多孔钛，并对其相关力学性能进行了表征。通过电化学方法及化学方法对多孔钛进行活化处理并评价了其生物活性。建立了大型动物负载部位全缺损模型并利用力学性能优异的双层多孔钛对缺损部位进行了修复，考察了不同时间的修复情况。以羟基磷灰石粉和钛粉为原材料，通过添加造孔剂的方式烧结制备出生物陶瓷/钛多孔复合材料，评价了其力学性能及生物活性。 首先对造孔剂添加量、保温时间、烧结温度等工艺参数对多孔钛孔隙率、抗压强度和弹性模量进行了研究。结果表明，当造孔剂添加量为35％、40％、50％和60％时，多孔钛的孔隙率分别为50％、58％、67％和72％，抗压强度分别为160MPa、105MPa、40MPa和25MPa，弹性模量分别为2.68GPa、2.00GPa、0.75GPa和0.55GPa；保温时间和烧结温度均对多孔钛的孔隙率和抗压强度有影响，烧结温度的提高和保温时间的延长有助于抗压强度的提高。 通过调整各层造孔剂的添加量制备出双层和三层多孔钛，在温度为1300℃下保温2小时制备的双层和梯度多孔钛外层孔隙率可达67％，其最大抗压强度、抗弯强度及弹性模量分别为245.85MPa、64.54MPa及3.98GPa。力学性能与骨组织相匹配，解决了高孔隙率与抗压强度等力学性能之间的矛盾，为承载部位硬组织修复提供了可能。 通过电化学方法和化学方法对多孔钛进行表面改性处理，构建多级微纳结构。结果表明，经过阳极氧化再热处理的多孔钛表面形成排列整齐的锐钛矿型纳米管；经过微弧氧化后的多孔钛表面形成含微孔结构的TiO薄膜；而经过碱处理后的多孔钛表面形成较复杂的微结构。体外仿生矿化结果表明，上述三类经改性后的多孔钛均能诱导羟基磷灰石的形成。 通过动物体内实验进一步考察了改性前后多孔钛骨修复的能力。结果表明，添加造孔剂法制备的多孔钛具有良好的骨传导性和生物相容性。具有锐钛矿型TiO2纳米管的多级微结构多孔钛及经碱处理后的多孔钛可以增强骨形成能力，且植入体内6个月时，都比未处理多孔钛具有更高的骨结合力。为了考察承载部位的骨修复效果，建立了狗股骨中段全缺损模型，利用具有优异力学性能的双层梯度多孔钛对缺损部位进行修复，考察其在1、3和6个月时对骨的修复情况。结果表明，以钢板加螺钉的固定方式在1个月时固定良好，且有骨组织长入孔内；而在3个月固定实效，植入体移位，修复失败，表明该固定方式有待于进一步改进。此外，在肌肉内考察了改性前后多孔钛的骨诱导性能。实验结果表明，锐钛矿型TiO2纳米管的多孔钛及经碱处理后的多孔钛均能促进骨形态发生蛋白(BMP-2)的表达，表现出潜在的骨诱导能力。 最后，在真空中烧结制备出HA/Ti复合材料并对其力学性能进行表征。结果表明，抗压强度随Ti添加量的增加而增加，HA/Ti值为1:15时，其抗压强度达181.89MPa，且该比例下的复合材料能诱导羟基磷灰石的形成；通过调整造孔剂添加量制备出外层高孔隙率且具有优异力学性能的双层梯度多孔生物活性复合材料，可以作为一种新型的骨替换材料。 收起