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钛金属及其合金作为传统的骨植入材料,因其良好的机械强度和抗疲劳特性,在骨科临床领域一直备受关注。然而,钛金属表面具有生物惰性,不能诱导骨生成。为了增强钛金属材料在体内和原生骨之间的骨整合,需要对材料表面进行物理化学改性,使其成为多功能的骨植入材料,从而延长钛金属材料的使用寿命。在本论文中,我们在钛金属表面制备了蜂窝状钛酸盐双层纳米网格薄膜,研究了材料对细胞生长情况的影响,并对材料植入动物体内后的生物相容性与骨整合能力进行评价。具体研究内容包括:(1)以纯钛片(Ti)为基底,通过二次阳极氧化的方法在其表面制备了均匀有序的TiO2双层纳米网格薄膜,然后利用水热法合成SrTiO3双层纳米网格(NG-Sr)。其中,通过改变前驱体溶液的浓度来获得一系列不同浓度梯度(NG-Sr0.02,NG-Sr0.04,NG-Sr0.08,NG-Sr0.12 和 NG-Sr0.16)的 NG-Sr 材料。体外的细胞实验结果表明NG-Sr材料可以提高成骨细胞(MC3T3-E1)和人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cell,HUVEC)的生物活性,锶离子对两种细胞的促进作用与浓度密切相关,NG-Sr0.08更有利于MC3T3-E1细胞的生长,NG-Sr0.04更有利于HUVECs的生长。材料植入大鼠体内后也表现出良好的生物相容性,在NG-Sr0.08植入大鼠右后腿4周后,材料周围有明显的新生骨和新生血管生成。结果表明,SrTi03材料可以同时促进新生骨和新生血管生成,具有良好的骨整合性能。(2)通过二次阳极氧化的方法,在Ti表面制备蜂窝状Ti02双层纳米网格薄膜,然后通过水热法将TiO2转化成钛酸锌(ZnTi03),得到具有ZnTi03纳米网格薄膜的钛基骨植入材料。为了探究不同浓度的锌离子对骨肉瘤细胞(MG63)和MC3T3-E1的作用效果,通过改变前驱体溶液的浓度来获得不同浓度梯度(NG-Zn0.01,NG-Zn0.05,NG-Zn0.10,NG-Zn0.15 和 NG-Zn0.20)的 ZnTi03材料(NG-Zn)。实验结果表明,锌离子的释放对MG63细胞的生长有明显的抑制作用,锌离子浓度越大,抑制作用越明显。同时,从NG-Zn0.01、NG-Zn0.05、NG-Zn0.10、NG-Zn0.15材料释放的锌离子,对MC3T3-E1细胞的生长没有副作用,但是当锌离子浓度过高时,细胞生长会受到影响,如NG-Zn0.20材料上的细胞,细胞没有铺展,增殖受到抑制。这说明,可以通过控制NG-Zn材料的锌离子浓度,在保证MC3T3-E1细胞正常生长的条件下,抑制MG63细胞的生长,可以用作骨肿瘤手术切除后的骨修复材料。综上所述,我们以钛金属材料为基底,通过二次阳极氧化和水热法制备得到双层SrTi03纳米网格和双层ZnTi03纳米网格。实验结果表明,SrTi03材料可以同时促进新生骨和新生血管生成;ZnTi03材料能够抑制肿瘤细胞的生长,并且具有良好的生物相容性。