培訓(xùn)生物兼容性涂層

培訓(xùn)生物兼容性涂層第1頁/共16頁生物兼容性(biocompatible)生物兼容性在許多文獻(xiàn)中并沒有很明確的定義，在1987年，Williams曾解釋過(Biocompatibilityistheabilityofabiomaterialstoperformwithanappropriatehostresponseinaspecificapplication)一般泛指，當(dāng)生醫(yī)材料植入生物體中，不會產(chǎn)生毒性反應(yīng)與嚴(yán)重的發(fā)炎，且能使周圍組織正常生長，被植入的生物體也能存活，此材料就具有一定程度的生物兼容性。蘇建榮針對不同表面處理之鈦合金骨螺絲作生物親和性的評估成功大學(xué)醫(yī)學(xué)工程所,2002.6氧化鈦氧化鎳Al2O3

陶瓷CarbonBiologicalqualityMechanicalqualityBioadhesiveAdhesionosteogenesisBioinertContactosteogenesisPMMAImplant-gradesteelBiotolerantDistanceosteogenesis玻璃陶瓷HA陶瓷TCP陶瓷BioactiveExchangeosteogenesis生物兼容性與生醫(yī)材料性質(zhì)比較第2頁/共16頁理想的生醫(yī)植體必備條件生物學(xué)力學(xué)其他條件良好的耐蝕性且不含毒性特殊的潤滑性及耐磨勞性足夠的強(qiáng)度及耐疲和組織有良好的兼容性彈性系數(shù)盡可能與骨骼接近制造加工及價格等不會導(dǎo)致血液異常凝固與致癌不引起不正常的代謝K.H.RateitschakandH.F.Wolf,ColorAtlasofDentalMedicine.ThiemeMedicalPublishers.1995:11-24.M.S.Block,J.N.Kent,andL.S.Guerra,Implantsin80dentistry.1997:45-62.J.B.Park,Biomaterials,AnIntroduction.PlenumPress,NewYork.:1979:4-5.第3頁/共16頁生醫(yī)材料之分類材料機(jī)械性質(zhì)代表性材料金屬材料高強(qiáng)度、韌性316L不銹鋼、鈦及鈦合金等陶瓷材料高強(qiáng)度、低破壞韌性氧化鋁、HA、生醫(yī)玻璃高分子材料低強(qiáng)度、磨耗性較差PMMA復(fù)合材料磨耗性佳、低彈性模數(shù)金屬披覆HA第4頁/共16頁鈦金屬其優(yōu)點與應(yīng)用質(zhì)輕與高強(qiáng)度彈性極佳低溫韌性高低熱傳導(dǎo)，升溫快人體親和性抗過敏性絕佳的抗腐蝕特性第5頁/共16頁鈦金屬表面處理方法第6頁/共16頁鈦金屬的陽極處理鈦的化學(xué)活性強(qiáng)，置于大氣下易與氧結(jié)合形成ㄧ層氧化鈦薄膜，其薄膜具有良好的機(jī)械性質(zhì)，并可以防止鈦繼續(xù)被氧化，但因自然生成之氧化鈦層結(jié)構(gòu)松散且不均勻，故以人工方式在鈦表面生成致密且均勻的氧化鈦層做進(jìn)一步之應(yīng)用，使其表面產(chǎn)生適當(dāng)氧化鈦層并加以染色，以增加其美觀、耐蝕、機(jī)械強(qiáng)度等，其處理方法通稱之為陽極處理(Anodizing)。柯賢文,“腐蝕及其防制”(全華科技圖書股份有限公司,1995)展新興業(yè)股份有限公司

第7頁/共16頁在鈦－氧化鈦的界面反應(yīng)為：Ti→Ti2++2e-在氧化鈦-電解液的界面反應(yīng)為：2H2O→2O2-+4H+2H2O→O2↑+4H++4e-氧化反應(yīng)中，氧化層不斷增厚，其二氧化鈦電阻較大，因此所需之電壓降也較大，當(dāng)電壓足夠大時氧化層就可以不斷生長。在陽極氧化過程中，電壓超過氧化層的耐電壓，會有大量氣體出現(xiàn)，甚至出現(xiàn)火花，被稱為微弧氧化(MAO)，表面會形成多孔的二氧化鈦(anatase和Rutilus)。在文獻(xiàn)中指出經(jīng)微弧氧化后的多孔性氧化層可誘導(dǎo)磷灰石的附著。BangchengYanga,MasaikiUchidab,Hyun-MinKimc,*.etl,PreparationofbioactivetitaniummetalviaanodicoxidationtreatmentBiomaterials25(2004)1003–1010第8頁/共16頁鈦金屬陽極處理優(yōu)勢增加植體和骨組織的接觸面積與骨細(xì)胞或骨組織機(jī)械性的嵌合作用。和基質(zhì)成分交互作用后影響成骨細(xì)胞的附著及攀爬。促進(jìn)細(xì)胞的附著分子(attachmentmolecules)。增加血液凝塊(bloodclots)固持(retention)在植體表面的能力?？纱龠M(jìn)成骨細(xì)胞活性(activity)的增加。

粗糙度表面會影響細(xì)胞附著及其構(gòu)形，進(jìn)而影響細(xì)胞行為的表現(xiàn)。

BranemarkR,Thesis,GoteborgSweden:GoteborgUniversity,1996PillarRM,ProceedingsofanInternationalCongress,Brussels.May.ExcerptaMedica.Amsterdam.,60,1985PillarRM,DeporterDA,WatsonPAandValiquettlN,JofBiomedicalmaterialsResearch.,25:467.,1991WennerbergA,AlberktssonTandAnderssonB,Int.JOralMaxillofacImplants.,11:38.,1996第9頁/共16頁實驗流程圖Ti研磨及拋光陽極處理分析表面形貌晶格型態(tài)生物兼容性測試電解液：硫酸，磷酸處里時間：120sSEMXRDSBF測試第10頁/共16頁400nm400nm400nm電解液為硫酸在不同陽極處理電壓下產(chǎn)生明顯的孔洞，隨著電壓的上升，其孔洞尺寸也略微上升。低電壓高電壓第11頁/共16頁評估生物兼容性的方法評估生醫(yī)材料之生物兼容性的方法有很多種，一般主要分為體外(invitro)和體內(nèi)(invivo)兩方面。體外(invitro)

：在試管及培養(yǎng)皿中進(jìn)行，利用組織或器官的培養(yǎng)，來測試材料的毒性與對于細(xì)胞所產(chǎn)生的免疫現(xiàn)象的種種影響。體內(nèi)(invivo)

：將材料直接植入動物體內(nèi)，可以經(jīng)由組織切片處理觀察局部或整個系統(tǒng)的反應(yīng)。D.F.WilliamsandR.Roaf,ImplantsinSurgery.W.B.Saunders

Company,London.1973:149-64蘇建榮,針對不同表面處理之鈦合金骨螺絲作生物親和性的評估國立成功大學(xué)醫(yī)學(xué)工程所,

2002,6體外試驗體內(nèi)試驗快速獲得結(jié)果對毒性材料敏感可做毒素定量分析可直接紀(jì)錄活細(xì)胞的反應(yīng)無法長期評估實驗重復(fù)性差實驗變數(shù)多用于復(fù)雜的組織反應(yīng)第12頁/共16頁體外試驗本實驗著重于體外試驗，將處理完的鈦金屬試片置放于模擬體液中數(shù)天，觀察磷灰石于試片的附著情形。在體外試驗中首重于仿真體液的配置，仿真體液主要為模擬人體中的環(huán)境與人體中細(xì)胞的附著情形例如：Ringer溶液、Hank溶液、Fusayama溶液、Jenkins溶液體液離子濃度/(mmol/L)Na+

K+Mg2+Ca2+Cl-HCO3-HPO24-HO24

-人體血漿原始的SBF改進(jìn)的SBF(c~SBF)再改進(jìn)的SBF(r~SBF)最新改進(jìn)的SBF(n~SBF)142.0142.0142.0142.0142.05.05.05.05.05.01.51.51.51.51.52.52.52.52.52.5103.0148.8147.8103.0103.027.04.24.227.04.21.01.01.01.01.00.500.50.50.5各種模擬體液和血漿的離子組成王曉東,彭曉峰,陸建鋒,王訃宣.應(yīng)用基礎(chǔ)與工程學(xué)報,2003,11(2):174KokuboT,TakadamaH.Biomaterials.2006,27:2907第13頁/共16頁體外試驗之模擬體液浸泡用來配制仿真體液的有以下化學(xué)試劑氯化鈉(NaCl)碳酸氫鈉(NaHCO)氯化鉀(KCl)三水合磷酸氫二鉀(KHPO4．3HO)六水合氯化鎂(MgCl2．6HO)氯化鈣(CaCl)硫酸鈉(NaSO)三羥基氨基甲烷[(HOCH)CNH]1mol/L的鹽酸(1mol/LHCl)pH標(biāo)準(zhǔn)溶液(用以標(biāo)定溶液的pH值)次號試劑添加量純度/%12345678910NaClNaHCOKClKHPO4．3HO

MgCl2．6HO1mol/LHClCaClNaSOTris1mol/LHCl8.035g0.355g0.255g0.231g0.311g39mL0.292g0.072g6.118g0~5mL99.599.599.599.098.0-95.099.099.0-KokuboT,TakadamaH.Biomaterials.2006,27:2907模擬體液浸泡試驗并將瓶置于恒溫培養(yǎng)箱,溫度保持在36.5℃

模擬體液的體積通常是樣品暴露體稱的10倍對表面形成的磷灰石可采用掃描