分级微纳多孔医用钛合金的构建及其生物力学行为与骨诱导活性研究

基本信息
批准号:31400821
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:23.00
负责人:余森
学科分类:
依托单位:西北有色金属研究院
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:韩建业,李广忠,张丽英,李亚宁,刘春潮,程军
关键词:
次级孔洞成骨诱导活性生物力学行为界面相互作用多孔钛合金
结项摘要

Porous biomaterials are widely used in clinical applications, including porous coated orthopedic and dental implants. Interconnected pores permit tissue and bone ingrowth, preventing loosening, and retaining dynamic strength of implants. To design optimal porous implants, surface treatment and the structure of the implant have to be taken into account. Tissue differentiation and bone ingrowth are accelerated when the surface of the implant is coated with bioactive material or chemical and thermal treatment applied that converts the smooth titanium surface to rough bioactive surface. Pore size and interconnectivity are other important factors for bone ingrowth. Several investigators have studied bone ingrowth into porous material with different pore sizes and the consensus seems to be that the optimal pore size for bone ingrowth is 100μm-400 μm. However, this is still controversial..To solve the clinical problems of different biomechanics and poor biological activity in the bone remodeling process for the porous medical titanium alloy implants, and in order to achieve the purpose of rapid bone healing, enhance bone bonding strength and in vivo long-term stable service.In this project, the construction and interaction law between the cells and biological effects of secondary microporous on the surface of porous titanium hard tissue implants will be studied from three aspects of biomimetic design of 3D topological structure, 3D printing technology, preparation of ordered secondary porous surfaces by dealloying method, combining biomedical evaluation. The design principles and microscopic mechanism of interaction with cells of secondary microporous on the surface of tissue induced porous titanium implants, and its biomimetic design and precision manufacturing technology will be developed..This project will clarify the biomedical effects and its mechanism of secondary microporous on the surface of porous titanium alloys, and provide new ideas and theoretical basis for the design of tissue induced titanium materials. It also has important scientific significance and clinical reference value for high-performance human hard tissue implants and advanced medical device product design and processing..

针对医用钛合金植入物在骨修复、骨重建过程中生物力学不匹配及成骨诱导性差的临床应用难题,以实现快速骨愈合、增强骨结合强度和体内长期稳定服役的目的。本项目从立体结构的仿生拓扑优化设计、多孔钛合金硬组织修复体的精密3D打印成型、有序次级微孔的电化学去合金化可控制备三个方面,结合生物医学评价,研究分级微纳多孔钛合金植入物的制备和骨融合性能综合评价,探索具有主动成骨诱导性的多孔医用钛合金修复体表面微纳次级孔路设计和构建技术,及其与细胞和组织之间交互作用的微观作用机制,开发出主动修复型分级微纳多孔钛合金硬组织植入物及其表面骨诱导型微观次级孔洞的仿生设计和精确制造技术。本项目的相关研究将阐明医用分级微纳多孔钛合金硬组织替代/修复物的微观生物力学和生物学效应机理,对于人体硬组织的个体修复或替代物的研究和先进医疗器械产品设计和开发具有重要的科学意义和临床参考价值。

项目摘要

针对医用钛合金植入物在骨修复、骨重建过程中生物力学不匹配及成骨诱导性差的临床应用难题,以实现快速骨愈合、增强骨结合强度和体内长期稳定服役的目的。本项目基于前期性能检测结果和体外计算模拟分析技术优化实验工艺,设计出具有较高孔隙率和强度的多孔钛合金结构;该种结构钛合金不仅具有良好的生物力学适配性能,还具有良好的生物活性。.研究并突破了beta钛合金TLM的激光选区熔化成形技术工艺,得到微观组织均匀、晶粒尺寸较小、加工精度较高的多孔TLM钛合金样品;基于电化学测试结果和前期去合金化TLM钛合金表面微观形貌特征,调整、优化了TLM钛合金表面去合金化工艺,得到纳米尺度、分布均匀的次级微孔洞,去合金化后细胞黏附与增殖效率明显改善。验证了单纯通过材料表面特定微纳尺度形貌特征的构建可以诱导细胞粘附和增殖,即在不外加元素的条件下也可赋予医用钛合金良好的生物活性。根据实验结果研究并归纳总结了钛合金表面微观形貌与细胞粘附生长的关系及微观机理,并设计开发出具有良好生物力学适配性能、能主动诱导组织生长的钛合金植入物。即在具有良好生物相容性和更佳生物力学适配性的基础上,进一步赋予新型医用钛合金材料”主动组织诱导性”。而对多孔钛合金及其表面次级孔洞的精确构建技术及与细胞、骨组织等人体组织间的相互作用关系进行研究,将对“生物材料与生物体之间的表面/界面交互作用机理”这一重大共性科学问题提供补充,并为实现硬组织替代或修复过程中材料/组织界面的快速生物愈合和长期生物力学相容,以及新型医用多孔钛合金的结构科学设计提供新的思路和理论依据,对于人体硬组织的个体修复或替代物的研究和先进医疗器械产品设计和开发具有重要的科学意义和临床参考价值。.本项目已发表论文18篇,并申请专利3项(已授权1项),培养硕士研究生1名,超额完成考核指标。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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