ti2.5cu生物相容性研究
钛及其合金材料具有良好的力学性能和物理性能，化学性质稳定，在人体的介入医疗方面获得广泛的研究应用。本文研究的是Ti-2.5Cu合金的生物相容性，钛合金进行固溶和时效处理，固溶处理后得到单一α相，时效处理过程中析出Ti2Cu粒子作为强化相，大大的提高其室温下的力学性能；水接触角的测量证实钛合金良好的亲水性不受热处理的影响；结果表明，时效8h后，钛合金表面黏附有血小板，其抗凝血性能发生改变；时效处理6h后，表面的抗菌效果最佳；溶血实验证实钛合金具有良好的抗溶血性能；时效6-8h时，Cu离子的含量最高，提高了钛合金的抗菌效果。关键词 钛合金，生物相容性，力学性能，接触角，抗凝血性能
目 录
1 绪论 1
1.1 生物医用材料 1
1.2 钛及其合金作为生物材料的优点 2
1.3 钛及其合金在医学上的应用 2
1.4 Ti2.5Cu性能以及处理制度 2
1.5 钛合金的生物相容性检测 3
1.6 本课题的目的和意义 4
1.7 采取的研究手段和技术路线 4
2 实验 6
2.1 材料、仪器与试剂 6
2.2 Ti2.5Cu合金热处理 6
2.3 钛合金组织形貌分析 7
2.4 钛合金拉伸实验 8
2.5 表面亲水性表征 8
2.6 血小板实验 8
2.7 抗菌实验 10
2.8 溶血实验 10
2.9 Cu离子检测实验 10
3 结果分析与讨论 11
3.1 钛合金组织结构观察分析 11
3.2 钛合金的力学性能分析 12
3.3 表面亲水性 13
3.4 血小板黏附实验 14
3.5 抗菌实验 16
3.6 溶血实验 17
3.7 Cu离子检测实验 18
结 论 19
致 谢 20
参 考 文 献 21
1 绪论
近些年，钛及钛合金生物医用材料在生物医学上得到了成功而广泛的应用，如人体硬组织的替代和心血管医疗器械等方面；同 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
时在发展材料表面的改性技术来提高材料的医用性能方面取得了长久的进步。诸如生物活性，骨传导性，耐磨损性，耐腐蚀性，生物相容性等方面，钛和钛合金被应用的领域，这些问题也都将会得到进一步的解决[1]。
通常情况下，材料在某些基体的特殊部位或者环境中时，与基体发生直接或者间接地接触时，产生的互相作用的能力称为生物相容性。生物适应性和生物可接受性是指：当材料在机体内处于静态或者动态变化时，与基体内的各系统发生作用的同时，不被宿主排斥和破坏而保持相对稳定状态的生物学性质。生物相容性是现阶段评价生物材料作为医用材料的最重要的指标[2]。生物相容性的检测方法主要有：体外试验和体内试验。通过一系列的离体试验,检测材料与宿主发生反应；为了加深对材料与组织的反应关系的了解，可以选择对生理物质如细胞、基因、蛋白质以及血液等进行进一步实验与分析。体外试验可以发现材料与组织之间的反应性质,考虑是否可以应用于人体。为了充分了解材料与宿主之间的生物相容性，通常会对材料在宿主内的动态变化进行检测。考虑是否能与宿主内的各系统作用并且保持相对稳定状态。从上个世纪的90年代开始，国际上已经开始广泛的进行生物材料生物学评价，并将其标准化。目前已经形成了一套比较完整的对于生物相容性的评价准则,主要包括组织学、细胞学、免疫学、遗传毒理学和整体实验动物等，涉及到了化学和物理等方面。并且对于长期种植于体内的材料,标准规定了非常严格的测试项目[3]。
1.1 生物医用材料
生物医用材料主要用于生物体的诊断、高新材料的处理、修复或替代病变组织、器官，或者增进其功能的材料[4]。同时，生物医用材料已经成为了医疗器械和人工器官等方面研究的基础。特别是目前生物技术得到了广泛的开发、应用，促进了生物技术的蓬勃发展。目前材料学科的一个重要分支就是生物医学材料，其已经成为了大家研究和开发的重点[5, 6]。
生物材料是由生物分子组成的，再由生物材料组成生物部件。在生物体中，各种已经存在的生物材料以及其构成的生物部件都对宿主有着各自所特有的生物功能。它们是“活”的，但也被整体生物控制[7]。在生物医用材料中，既存在医用结构材料，如骨、牙等硬组织材料，也有如肌肉、腱、皮肤等软组织材料；同时还有由许多功能性材料组成的功能部件。在材料医学方面，科学家利用各种生物医用材料模拟一些生物体的部件；同时组成一些功能性部件是生物医用材料的发展方向之一。最终利用科学方法，采用人工材料制备。如果这些生物医用材料在医学方面得到广泛的应用，它们不但可以在人体医学方面作为某些生物部件的人工代替物，而且不影响在非医学方面中的使用[8]。
1.2 钛及其合金作为生物材料的优点
其它医用金属材料与钛合金材料在生物学方面相比而言，具备许多其它金属材料所不存在的一些生物学优势。例如钛合金材料与天然组织之间有着良好的生物相容性，很好的相互适应的物理性能以及化学性质稳定等优点。同时，钛合金进入基体后，不会引起细胞突变和产生组织反应，并且无毒，不会致癌和致畸。在植入人体后不会引起急性中毒、溶血、凝血，发热和过敏等不良反应。针对不同使用目的，钛合金材料具备一些特定的功能如降解、形状记忆、良好的加工成型性以及操作性能。同时钛合金材料具有容易消毒，在高温条件下不易被催化，价格便宜，材料易得等优点[9,10]。由于具有以上优异的性能和优点，促使钛合金材料成为了目前最具发展潜力的生物材料之一。
1.3 钛及其合金在医学上的应用
钛及其合金与其它金属相比具有机械强度高、耐腐蚀、生物相容性好等优点，并且已经在医学的各个方面得到了广泛的应用[11]。在生物医疗方面，可以通过采用模锻、铸造、粉末冶金等工艺将钛合金制作成为各种人造骨及关节从而代替人体所损坏或老化的组织[12]。同时可以制作成为各种钉，包括碳钛组合式人工股骨头，已经在医学方面取得了令人满意的效果。在神经外科领域，可以将钛合金制作成钛脑压板，心血管系统的心脏瓣膜以及钛网眼；电子装置和心脏起搏器等人体内的启动装置的包装材料；放射治疗的密封材料；医用机械，特别是直视手术用的探头；耐腐蚀的医药生产设备等方面[13]。减轻以及拯救了无数病患，优异的生物学性能使其在医学上大显身手。
1.4 Ti2.5Cu性能以及处理制度
人们将以钛为基础通过一定手段后加入其他的元素所组成的合金称作钛合金[14]。钛依据其结构可被分为：882℃以下的密排六方结构α钛和882℃以上体心立方的β钛。Ti2.5Cu合金是近α型钛合金, 其成型性和可焊性与纯钛类似,并且具有良好的热强性,在350℃时也可使用[15]。对Ti2.5Cu合金板材进行固溶处理和时效处理后, 测试其HV值和室温下的拉伸性能, 并利用透射电镜以及光学显微镜观察其组织形貌, 对其热处理方法、组织与性能关系进行深入、系统地研究。研究发现, Ti2.5Cu合金在(790±10)℃时其退火效果最佳。
目 录
1 绪论 1
1.1 生物医用材料 1
1.2 钛及其合金作为生物材料的优点 2
1.3 钛及其合金在医学上的应用 2
1.4 Ti2.5Cu性能以及处理制度 2
1.5 钛合金的生物相容性检测 3
1.6 本课题的目的和意义 4
1.7 采取的研究手段和技术路线 4
2 实验 6
2.1 材料、仪器与试剂 6
2.2 Ti2.5Cu合金热处理 6
2.3 钛合金组织形貌分析 7
2.4 钛合金拉伸实验 8
2.5 表面亲水性表征 8
2.6 血小板实验 8
2.7 抗菌实验 10
2.8 溶血实验 10
2.9 Cu离子检测实验 10
3 结果分析与讨论 11
3.1 钛合金组织结构观察分析 11
3.2 钛合金的力学性能分析 12
3.3 表面亲水性 13
3.4 血小板黏附实验 14
3.5 抗菌实验 16
3.6 溶血实验 17
3.7 Cu离子检测实验 18
结 论 19
致 谢 20
参 考 文 献 21
1 绪论
近些年，钛及钛合金生物医用材料在生物医学上得到了成功而广泛的应用，如人体硬组织的替代和心血管医疗器械等方面；同 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
时在发展材料表面的改性技术来提高材料的医用性能方面取得了长久的进步。诸如生物活性，骨传导性，耐磨损性，耐腐蚀性，生物相容性等方面，钛和钛合金被应用的领域，这些问题也都将会得到进一步的解决[1]。
通常情况下，材料在某些基体的特殊部位或者环境中时，与基体发生直接或者间接地接触时，产生的互相作用的能力称为生物相容性。生物适应性和生物可接受性是指：当材料在机体内处于静态或者动态变化时，与基体内的各系统发生作用的同时，不被宿主排斥和破坏而保持相对稳定状态的生物学性质。生物相容性是现阶段评价生物材料作为医用材料的最重要的指标[2]。生物相容性的检测方法主要有：体外试验和体内试验。通过一系列的离体试验,检测材料与宿主发生反应；为了加深对材料与组织的反应关系的了解，可以选择对生理物质如细胞、基因、蛋白质以及血液等进行进一步实验与分析。体外试验可以发现材料与组织之间的反应性质,考虑是否可以应用于人体。为了充分了解材料与宿主之间的生物相容性，通常会对材料在宿主内的动态变化进行检测。考虑是否能与宿主内的各系统作用并且保持相对稳定状态。从上个世纪的90年代开始，国际上已经开始广泛的进行生物材料生物学评价，并将其标准化。目前已经形成了一套比较完整的对于生物相容性的评价准则,主要包括组织学、细胞学、免疫学、遗传毒理学和整体实验动物等，涉及到了化学和物理等方面。并且对于长期种植于体内的材料,标准规定了非常严格的测试项目[3]。
1.1 生物医用材料
生物医用材料主要用于生物体的诊断、高新材料的处理、修复或替代病变组织、器官，或者增进其功能的材料[4]。同时，生物医用材料已经成为了医疗器械和人工器官等方面研究的基础。特别是目前生物技术得到了广泛的开发、应用，促进了生物技术的蓬勃发展。目前材料学科的一个重要分支就是生物医学材料，其已经成为了大家研究和开发的重点[5, 6]。
生物材料是由生物分子组成的，再由生物材料组成生物部件。在生物体中，各种已经存在的生物材料以及其构成的生物部件都对宿主有着各自所特有的生物功能。它们是“活”的，但也被整体生物控制[7]。在生物医用材料中，既存在医用结构材料，如骨、牙等硬组织材料，也有如肌肉、腱、皮肤等软组织材料；同时还有由许多功能性材料组成的功能部件。在材料医学方面，科学家利用各种生物医用材料模拟一些生物体的部件；同时组成一些功能性部件是生物医用材料的发展方向之一。最终利用科学方法，采用人工材料制备。如果这些生物医用材料在医学方面得到广泛的应用，它们不但可以在人体医学方面作为某些生物部件的人工代替物，而且不影响在非医学方面中的使用[8]。
1.2 钛及其合金作为生物材料的优点
其它医用金属材料与钛合金材料在生物学方面相比而言，具备许多其它金属材料所不存在的一些生物学优势。例如钛合金材料与天然组织之间有着良好的生物相容性，很好的相互适应的物理性能以及化学性质稳定等优点。同时，钛合金进入基体后，不会引起细胞突变和产生组织反应，并且无毒，不会致癌和致畸。在植入人体后不会引起急性中毒、溶血、凝血，发热和过敏等不良反应。针对不同使用目的，钛合金材料具备一些特定的功能如降解、形状记忆、良好的加工成型性以及操作性能。同时钛合金材料具有容易消毒，在高温条件下不易被催化，价格便宜，材料易得等优点[9,10]。由于具有以上优异的性能和优点，促使钛合金材料成为了目前最具发展潜力的生物材料之一。
1.3 钛及其合金在医学上的应用
钛及其合金与其它金属相比具有机械强度高、耐腐蚀、生物相容性好等优点，并且已经在医学的各个方面得到了广泛的应用[11]。在生物医疗方面，可以通过采用模锻、铸造、粉末冶金等工艺将钛合金制作成为各种人造骨及关节从而代替人体所损坏或老化的组织[12]。同时可以制作成为各种钉，包括碳钛组合式人工股骨头，已经在医学方面取得了令人满意的效果。在神经外科领域，可以将钛合金制作成钛脑压板，心血管系统的心脏瓣膜以及钛网眼；电子装置和心脏起搏器等人体内的启动装置的包装材料；放射治疗的密封材料；医用机械，特别是直视手术用的探头；耐腐蚀的医药生产设备等方面[13]。减轻以及拯救了无数病患，优异的生物学性能使其在医学上大显身手。
1.4 Ti2.5Cu性能以及处理制度
人们将以钛为基础通过一定手段后加入其他的元素所组成的合金称作钛合金[14]。钛依据其结构可被分为：882℃以下的密排六方结构α钛和882℃以上体心立方的β钛。Ti2.5Cu合金是近α型钛合金, 其成型性和可焊性与纯钛类似,并且具有良好的热强性,在350℃时也可使用[15]。对Ti2.5Cu合金板材进行固溶处理和时效处理后, 测试其HV值和室温下的拉伸性能, 并利用透射电镜以及光学显微镜观察其组织形貌, 对其热处理方法、组织与性能关系进行深入、系统地研究。研究发现, Ti2.5Cu合金在(790±10)℃时其退火效果最佳。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/jscl/309.html
