【摘 要】
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随着全球人口老龄化的加剧与意外事故的频发,骨科疾病已经成为十分常见的疾病,使得骨组织工程材料成为了临床上需求量最大的材料之一。在临床上,骨组织工程材料带来的术后感染与排异问题是影响材料应用的突出问题,因此,理想的骨组织工程材料应具备一定的抗菌性能与生物活性。稀土元素作为新型的抗菌元素,本论文首先比较研究了14种稀土氧化物的抗菌性能,选出来对革兰氏阴性菌大肠杆菌（E.coil）与革兰氏阳性菌葡萄球菌
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随着全球人口老龄化的加剧与意外事故的频发,骨科疾病已经成为十分常见的疾病,使得骨组织工程材料成为了临床上需求量最大的材料之一。在临床上,骨组织工程材料带来的术后感染与排异问题是影响材料应用的突出问题,因此,理想的骨组织工程材料应具备一定的抗菌性能与生物活性。稀土元素作为新型的抗菌元素,本论文首先比较研究了14种稀土氧化物的抗菌性能,选出来对革兰氏阴性菌大肠杆菌（E.coil）与革兰氏阳性菌葡萄球菌（Staphylococcus）均具备良好抗菌效果的稀土元素钆（Gd）作为本论文的抗菌相。以制备具有生物活性的骨组织工程材料为目标,利用化学合成法制备的羟基磷灰石（HA）作为本论文的生物相。再依据HA晶格内Ca2+可被Gd3+取代的性质在化学合成HA的过程中掺入Gd3+对HA进行掺杂改性,Gd的掺杂比参照原子比Gd3+/(Ca2++Gd3+)=0.05,0.075,0.1,分别记作Gdx-HA（X=0.05,0.075,0.1）。XRD、TEM、XPS测试证明了Gd成功掺入HA晶格内,制得了Gd-HA间隙固溶体。随后,本文进一步对Gd-HA作为骨组织工程材料进行了研究。一是通过液料火焰喷涂的方法在Ti基材料表面制备Gd-HA生物涂层。XRD测试表明火焰喷涂的高温过程使得Gd-HA发生了一定程度的分解与晶格变化,SEM与3D轮廓仪表征了涂层的表面形貌呈粗糙、含纳米颗粒的表面形态,显微硬度测试结果显示涂层具有良好的力学性能;Gd-HA涂层对大肠杆菌和葡萄球菌的抗菌与细菌贴附实验证明材料具备良好的抗菌性能,抗菌率可达90%。对成骨细胞的细胞增殖测试证明涂层具备良好的生物相容性有利于细胞的生长增值。本实验中,涂层的抗菌性能与促进细胞增值的性能随着涂层中Gd含量的增加而提高。接着,本研究利用生物高分子材料琼脂糖（Agarose,AG）与Gd-HA进行复合制备三维骨填充材料Agarose/Gd-HA。SEM测试显示Agarose/Gd-HA具备多孔、完整的三维结构,膨胀率与保水性的测试表明Gd-HA的加入降低了生物高分子材料Agarose的膨胀率提高了其保水性,力学性能测试（抗压强度、压应力、弹性模量）表明材料具备可满足一定生物应用的力学性能;在对Agarose/Gd-HA材料的抗菌性能与生物活性的评价中发现,Agarose/Gd-HA材料对E.coil与Staphylococcus的抗菌与细菌贴附实验证明材料具备良好的抗菌性能。对成骨细胞的CCK-8测试与细胞贴附表征表明材料具备良好的生物相容性有利于细胞的生长增值,且对成骨细胞的茜素红染色实验则证明了材料具备促进细胞成骨分化的性能,Agarose/Gd-HA材料的抗菌性能与生物活性在Gd掺入量为5%-10%的范围内随着Gd掺入量的增加逐渐提升。本论文的研究工作主要探究了稀土元素的抗菌性能,成功制备了兼具抗菌性能与生物活性的Gd-HA,以此为基础,将Gd-HA作为植入材料表面的生物涂层、Agarose/Gd-HA作为三维骨填充材料两种骨组织工程材料,研究表明Gd-HA材料具有良好的抗菌性能与生物活性,在生物应用方面具有优势,为新型抗菌剂的探究、骨组织工程材料的改性与研发提供具有可行性的依据与思路。
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