低弹多孔钛合金表面药物控释分子筛的构建及对骨形成的影响

As a biomedical material, porous titanium alloy possesses excellent biocompatibility, mechanical properties and porous structure characteristics. It is a kind of ideal materials for human hard tissue replacement and repair. However, there are some defects of current porous titanium, such as elastic modulus mismatch and no biological activity. It is difficult for bone tissue to achieve osseointegration with the material at the microscopic level and difficult to grow into a large volume porous material. How to improve the shortcomings of the current porous titanium is the research focus.In this study, a new low-elastic titanium alloy will be used to match elastic modulus at the level of trabecular bone. Porous structure will be prepared by electron beam melting (EBM)technology and macroporous zeolite molecular sieve will be formed on porous titanium alloy by hydrothermal synthesis. Then gelatin microspheres controlled release of bone morphogenetic protein will be loaded in the pores of the surface coating. The composite material can release active substances to play a role in bone induction ability. Bone integration with molecular sieve coating will take place after bone mechanical riveting with porous titanium alloy. The aim is to achieve porous titanium implants short-term and long-term stable in the hunman body. By experiments to repair bone defectn of the large animals, validate the treatment effects of the new composite porous titanium material.The goal of the study is to improve the shortcomings of the current porous titanium and to provide a new way for biomedical material product development.

在生物医用材料中，多孔钛合金凭借优良的生物相容性、综合力学性能和仿生多孔结构特点成为人体硬组织替代物和修复物的理想材料。目前的多孔钛合金仍存在弹性模量不匹配、无生物活性作用、在微观水平上骨组织难以和金属材料实现骨整合、骨组织难以长入大体积的多孔材料内部等一系列问题。如何改进上述多孔钛合金的缺点是目前的研究热点。本研究利用电子束熔融技术将新型低弹钛合金制备成多孔结构，使其在骨小梁水平上实现弹性模量匹配；利用水热合成法在多孔钛合金载体表面构建大孔沸石分子筛涂层，再将包封骨形态发生蛋白的控释明胶微球加载于涂层孔隙内，使其具有释放活性物质发挥骨诱导作用的能力，在骨小梁与多孔结构机械铆合的基础上实现骨组织与分子筛涂层的骨整合，达到多孔钛合金植入体近远期生物稳定的目标。通过大动物骨缺损模型修复实验，观察新型复合多孔钛合金材料对新骨形成的影响，验证其治疗效果，为生物医用材料产品研发提供新的途径。

在生物医用材料中，多孔钛合金凭借优良的生物相容性、综合力学性能和仿生多孔结构特点成为人体硬组织替代物和修复物的理想材料。目前的多孔钛合金仍存在弹性模量不匹配、无生物活性作用、在微观水平上骨组织难以和金属材料实现骨整合、骨组织难以长入大体积的多孔材料内部等一系列问题。如何改进上述多孔钛合金的缺点是目前的研究热点。针对上述问题，本项目主要研究内容思路：利用电子束熔融技术将新型低弹钛合金制备成多孔结构，使其在骨小梁水平上实现弹性模量匹配；利用水热合成法在多孔钛合金载体表面构建大孔沸石分子筛涂层，再将包封骨形态发生蛋白的控释明胶微球加载于涂层孔隙内，使其具有释放活性物质发挥骨诱导作用的能力，在骨小梁与多孔结构机械铆合的基础上实现骨组织与分子筛涂层的骨整合，达到多孔钛合金植入体近远期生物稳定的目标。通过动物骨缺损模型修复实验，进一步观察新型复合多孔钛合金材料对新骨形成的影响，验证其治疗效果。. 在课题任务书的指导下，经过系列的实验设计和系统的科学研究，课题组已按照预定的研究目标成功制备出弹性模量与骨匹配的多孔钛合金材料并完成表面分子筛涂层改性，经扫描电镜及能谱分析测试验证分子筛涂层的成功复合。采用二次凝聚法获得平均粒径为171.49 nm，载药量为58.89±0.079 ng/mg的纳米级明胶微球，并采用真空冻干的方法成功吸附于多孔钛合金分子筛涂层表面，经过体外细胞培养和体内植入实验研究发现，该复合材料在体内外都具有良好的诱导成骨能力，促进多孔钛合金内部新生骨长入。目前，相关研究成果已发表SCI论文8篇，获得国家发明专利授权3项，参加国内外会议交流9次，培养博士研究生和硕士研究生各2名。