水热灭菌对纯钛植入物表面性能的影响effectsofhydrothermalsterilization(附件)【字数：1
TITANIUM IMPLANTS摘 要TITANIUM IMPLANTS摘 要虽然纯钛种植体的临床应用已有较长的历史，并且被广泛证实具有良好的医疗效果，但依然存在以下问题（1）种植体的骨结合率仍然较低，不利于种植体在人体内的长期稳定；（2）在植入到人体前，种植体会受到不同程度的污染。喷砂-酸蚀（SLA）表面改性提高种植体的骨结合性已在临床上获得巨大成功，但由于表面粗糙，SLA种植体在储存过程中易受到污染，从而使其骨结合性退化。为克服这一问题，本研究将灭菌处理作为种植体植入前的最后一步表面处理，进而提出了水热灭菌的方法。本研究通过水热灭菌和蒸汽灭菌的方式对SLA种植体试样进行灭菌处理；通过扫描电镜观察、X射线光电子能谱分析等手段对不同组的SLA试样表面进行表面形貌、润湿性检测，以评估不同灭菌组别钛片表面理化性能的差异；通过细胞培养实验，对细胞的增殖与吸附情况进行分析，以评价不同灭菌组别钛片表面的生物活性。实验结果表明1、水热灭菌和蒸汽灭菌都不能明显改变SLA试样表面粗糙度；2、水热灭菌能使SLA试样表面的超亲水性得以恢复而蒸汽灭菌则不能；3、与蒸汽灭菌相比，水热灭菌的SLA试样表面更利于成骨细胞的附着与铺展。根据上述结果，可以得出如下结论水热灭菌在对长期贮存的钛种植体进行有效灭菌的同时还能明显改善其骨结合性。关键词水热灭菌；纯钛植入物；SLA；骨结合性
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2生物材料 1
1.2.1生物材料的发展历程 2
1.2.2生物医用材料的特性 2
1.2.3生物医用材料的分类 2
1.3生物医用金属材料 3
1.3.1生物医用金属材料的种类 3
1.3.2生物医用金属材料的特征 4
1.3.3医用钛及钛合金 5
1.3.4医用钛合金的表面改性 5
1.4金属植入医疗器械灭菌方法介绍 6
1.4.1灭菌方法简介 6
1.4.2灭菌及保存方法对钛生物活性的影响 7
1.5小结 8
1.6研究思路及内容 9
1.6.1研究思路 9
1.6.2研究内容 9 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
第二章 实验部分 10
2.1实验原材料及预处理 10
2.2表面处理 11
2.3灭菌处理 11
2.3.1高压蒸汽灭菌 11
2.3.2水热灭菌 12
2.4细胞实验 13
2.4.1细胞培养 13
2.4.2细胞的附着与增殖 13
2.5表面分析 14
2.5.1扫描电子显微镜（SEM） 14
2.5.2三维形貌仪 15
2.5.3接触角测量仪 15
2.5.4 X射线光能谱分析（XPS） 15
2.5.5 X射线衍射仪（XRD） 16
第三章 结果与讨论 17
3.1 SLA表面分析 17
3.1.1 SEM图像分析 17
3.1.2表面粗糙度分析 17
3.1.3接触角分析 18
3.2灭菌对试样表面的影响 18
3.2.1灭菌后SEM分析 18
3.2.2 灭菌后XRD图像分析 18
3.2.3灭菌后亲水性比较 21
3.2.4灭菌后表面化学成分分析 22
3.2.5灭菌后碳元素化学态分析 23
3.3细胞培养结果与分析 26
3.3.1细胞形貌 26
3.3.2细胞附着率分析 27
3.4讨论 28
结论 30
致谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
生物医用材料[1]与人类的生命健康息息相关。随着科学技术的发展，生物医用材料的应用也逐渐增多，这为生物医用材料的应用奠定了基础。而随着人类对健康和长寿的追求、身体创伤的增多、疑难病患者的增加都对生物医用材料提出了很高的要求。生物医用钛材料拥有良好的力学性能、低弹性模量、加工性能好、抗腐蚀性，因此被广泛应用于人工关节、骨钉、牙种植体等硬组织替代材料和心脏瓣膜、血管支架等血管材料。医用钛材料是良好的种植体，也是人们研究的热点。然而纯钛植入物与人体的骨结合性不好，在人体中长期贮存存在不稳定性。其中钛材料的表面改性是种植体发展的重要方向之一[2，3]。
以喷砂酸蚀（SLA）种植体[4]为代表的无磷灰石涂层钛种植体在临床上取得广泛成功，为追求更好的骨结合性，近年来，研究人员在表面图案化、微纳梯度分级结构构建等方面开展了广泛研究。如Jansen课题组等通过纳米压印光刻技术在纯钛表面制备了纳米沟槽；Yavali等通过双酸腐蚀碱热处理制备了微纳复合网状表面。种植体制造完成后即被植入人体的几率很小，随着储藏时间的延长，其表面会变得粗糙，理化性能也随之降低，骨结合速率和质量也出现明显下降[5]。与光滑表面相比，微纳结构化表面虽然有利于调节成骨细胞反应，但由于表面能高，也易吸附环境中的污染物，因此一旦暴露于大气环境中，其润湿性[6]、骨结合性将迅速退化。
目前，实验室内对钛基种植体材料灭菌的方法有多种，这些灭菌处理对材料表面化学性能的影响各不相同。然而这种表面在经历长期贮存及不恰当灭菌处理后骨结合性明显退化，增加了种植体早期失败的风险。此外，目前医疗中所使用的灭菌方法杂乱，给种植体的骨结合性评价带来不确定性。针对上述问题，本文提出了水热灭菌的方法，在对长期贮存的种植体进行灭菌的同时改善其骨结合性，并保持至植入前。
1.2生物材料
生物材料是一个多学科交汇的新兴研究领域。因为它需要植入到人体中，并在人体中长期驻存，所以它必须是一类性能优良的材料。它是一类天然或人工材料，可以单独或与药物一起制成部件、器件，起到对组织或器官的治疗、增强或替代作用，并在有效使用期内不会对宿主引起不必要的危害[7]。
1.2.1生物材料的发展历程
长期以来，人们一直在探索并不断寻求着能够达到期望的生物材料。经过人们的不断探索与研究，生物材料也在不断的更新与发展。
生物材料的应用己经有悠久的历史。早在公元前5000年，古代人就用了黄金来修补牙齿；公元前2500年的中国和埃及的墓葬里被挖掘出假牙、假鼻和假耳朵了迅19世纪末期，一些外科医生使用金属和天然生物材料治疗骨骼缺损[8]。生物医学材料的发展历史可以分为三代[9]，每一代的历史时期都有其特点。见表11。
表11生物材料发展历程
分类
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2生物材料 1
1.2.1生物材料的发展历程 2
1.2.2生物医用材料的特性 2
1.2.3生物医用材料的分类 2
1.3生物医用金属材料 3
1.3.1生物医用金属材料的种类 3
1.3.2生物医用金属材料的特征 4
1.3.3医用钛及钛合金 5
1.3.4医用钛合金的表面改性 5
1.4金属植入医疗器械灭菌方法介绍 6
1.4.1灭菌方法简介 6
1.4.2灭菌及保存方法对钛生物活性的影响 7
1.5小结 8
1.6研究思路及内容 9
1.6.1研究思路 9
1.6.2研究内容 9 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
第二章 实验部分 10
2.1实验原材料及预处理 10
2.2表面处理 11
2.3灭菌处理 11
2.3.1高压蒸汽灭菌 11
2.3.2水热灭菌 12
2.4细胞实验 13
2.4.1细胞培养 13
2.4.2细胞的附着与增殖 13
2.5表面分析 14
2.5.1扫描电子显微镜（SEM） 14
2.5.2三维形貌仪 15
2.5.3接触角测量仪 15
2.5.4 X射线光能谱分析（XPS） 15
2.5.5 X射线衍射仪（XRD） 16
第三章 结果与讨论 17
3.1 SLA表面分析 17
3.1.1 SEM图像分析 17
3.1.2表面粗糙度分析 17
3.1.3接触角分析 18
3.2灭菌对试样表面的影响 18
3.2.1灭菌后SEM分析 18
3.2.2 灭菌后XRD图像分析 18
3.2.3灭菌后亲水性比较 21
3.2.4灭菌后表面化学成分分析 22
3.2.5灭菌后碳元素化学态分析 23
3.3细胞培养结果与分析 26
3.3.1细胞形貌 26
3.3.2细胞附着率分析 27
3.4讨论 28
结论 30
致谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
生物医用材料[1]与人类的生命健康息息相关。随着科学技术的发展，生物医用材料的应用也逐渐增多，这为生物医用材料的应用奠定了基础。而随着人类对健康和长寿的追求、身体创伤的增多、疑难病患者的增加都对生物医用材料提出了很高的要求。生物医用钛材料拥有良好的力学性能、低弹性模量、加工性能好、抗腐蚀性，因此被广泛应用于人工关节、骨钉、牙种植体等硬组织替代材料和心脏瓣膜、血管支架等血管材料。医用钛材料是良好的种植体，也是人们研究的热点。然而纯钛植入物与人体的骨结合性不好，在人体中长期贮存存在不稳定性。其中钛材料的表面改性是种植体发展的重要方向之一[2，3]。
以喷砂酸蚀（SLA）种植体[4]为代表的无磷灰石涂层钛种植体在临床上取得广泛成功，为追求更好的骨结合性，近年来，研究人员在表面图案化、微纳梯度分级结构构建等方面开展了广泛研究。如Jansen课题组等通过纳米压印光刻技术在纯钛表面制备了纳米沟槽；Yavali等通过双酸腐蚀碱热处理制备了微纳复合网状表面。种植体制造完成后即被植入人体的几率很小，随着储藏时间的延长，其表面会变得粗糙，理化性能也随之降低，骨结合速率和质量也出现明显下降[5]。与光滑表面相比，微纳结构化表面虽然有利于调节成骨细胞反应，但由于表面能高，也易吸附环境中的污染物，因此一旦暴露于大气环境中，其润湿性[6]、骨结合性将迅速退化。
目前，实验室内对钛基种植体材料灭菌的方法有多种，这些灭菌处理对材料表面化学性能的影响各不相同。然而这种表面在经历长期贮存及不恰当灭菌处理后骨结合性明显退化，增加了种植体早期失败的风险。此外，目前医疗中所使用的灭菌方法杂乱，给种植体的骨结合性评价带来不确定性。针对上述问题，本文提出了水热灭菌的方法，在对长期贮存的种植体进行灭菌的同时改善其骨结合性，并保持至植入前。
1.2生物材料
生物材料是一个多学科交汇的新兴研究领域。因为它需要植入到人体中，并在人体中长期驻存，所以它必须是一类性能优良的材料。它是一类天然或人工材料，可以单独或与药物一起制成部件、器件，起到对组织或器官的治疗、增强或替代作用，并在有效使用期内不会对宿主引起不必要的危害[7]。
1.2.1生物材料的发展历程
长期以来，人们一直在探索并不断寻求着能够达到期望的生物材料。经过人们的不断探索与研究，生物材料也在不断的更新与发展。
生物材料的应用己经有悠久的历史。早在公元前5000年，古代人就用了黄金来修补牙齿；公元前2500年的中国和埃及的墓葬里被挖掘出假牙、假鼻和假耳朵了迅19世纪末期，一些外科医生使用金属和天然生物材料治疗骨骼缺损[8]。生物医学材料的发展历史可以分为三代[9]，每一代的历史时期都有其特点。见表11。
表11生物材料发展历程
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