半金属二氧化钛纳米管力学性能及成骨行为研究

A major problem is that coating may decoherence from orthopedic implant surface when the implant is weared under physiological loading forces.It is difficult to prepare implant coating with favourable osseointegration and mechanical property. The TiO2 nanotubes by anodization have been proved excellent bone activity, but it's mechanical property should be enhanced.Semi-metallic TiO2 nanotubes may be a good way. In this study, we will prepare the semi-metallic TiO2 nanotubes on the implant surface by carbonization technology. The semi-metallic TiO2 nanotubes will be observed about chemical composition, microstructure and crystal form. We will try to find the relationship beteewn technology parameter and mechanical property. Then osteoblasts and marrow stroma cell are used to investigate the effects of new surface on cell spreading, proliferation, and osteogenic gene expression. Lastly, the osseointegration of semi-metallic TiO2 nanotubes will be studied in vivo using histology and vitodynamics methods. This research will provide theoretical basis for clinical application of the semi-metallic TiO2 nanotube layers .

种植体涂层脱落是内植物临床失败重要原因之一，为了保障种植体在体内长期稳定地行使功能，既具有良好骨整合效果又具有优异力学性能的修饰涂层是种植材料专家研究的重点和难点。二氧化钛纳米管能够促进骨组织的生长，但该材料的力学性能需进一步优化，半金属二氧化钛纳米管为其提供了新的思路。本项目拟在二氧化钛纳米管修饰的钛种植体表面采用碳化工艺可控制备半金属二氧化钛纳米管阵列，观察材料表面化学成分、微结构和晶型的改变，并系统分析材料微晶成分改变对其力学性能影响的规律；通过体外培养成骨细胞和骨髓基质细胞，观察骨相关细胞在半金属二氧化钛纳米管表面黏附生长和功能分化的规律；最后将半金属二氧化钛纳米管修饰的钛种植体植入动物体内，采用组织学和生物力学的方法观察材料骨整合效果的变化，首次系统研究半金属二氧化钛纳米管阵列修饰钛种植体的力学性能和成骨性能的变化规律，有望成为更加持久稳定的种植体系。

研究背景：种植体涂层脱落是内植物临床失败重要原因之一，为了保障种植体在体内长期稳定地行使功能，既具有良好骨整合效果又具有优异力学性能的修饰涂层是种植材料专家研究的重点和难点。二氧化钛纳米管能够促进骨组织的生长，但该材料的力学性能需进一步优化。.研究内容：本项目在二氧化钛纳米管修饰的钛种植体表面采用碳化工艺可控制备半金属二氧化钛纳米管阵列，扫描电镜观察材料表面微结构的改变，并系统分析材料微晶成分改变对其力学性能影响的规律；通过体外培养前成骨细胞胞，观察骨相关细胞在新型二氧化钛纳米管表面黏附生长和功能分化的规律，并研究新型纳米管促进骨髓基质干细胞骨向分化的分子机制，最后将新型二氧化钛纳米管修饰的钛种植体植入动物体内，采用组织学和生物力学的方法观察材料骨整合效果的变化。.研究结果：采用阳极氧化和电沉积法可以在钛表面制备碳化的二氧化钛纳米管，扫面电镜显示二氧化钛纳米管的微结构未发生改变，纳米压痕实验显示碳化后纳米管与基地的结合强度有所增加；新型二氧化钛纳米管可以促进前成骨细胞系的黏附及骨功能基因的表达，并且可以促进骨髓基质干细胞的骨向分化，这个作用可能与细胞力学信号通路有关。旋转扭力实验显示，纳米管修饰的种植体其早期的骨结合力要优于对照组。.研究结论及意义：碳化处理能够提高二氧化钛纳米管的生物力学，新型二氧化钛纳米管有很好的成骨性能。该材料能够作为一种良好的种植体表面处理材料，有广阔的应用前景。