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多孔铁锌支架的制备及体内外腐蚀降解机制

何进  方驹  任富增  
【摘要】:具有三维连通结构的多孔可降解金属支架可以模拟细胞外基质和天然松质骨的三维网络结构,为细胞的黏附、增殖、分化、矿化、血管化以及新组织的形成提供良好的物理、化学环境,并为营养物质和代谢废物的运输提供通道,有利于新组织的形成和向内生长,从而促进骨缺损修复重建,而且能随着组织的再生而逐渐降解并被机体吸收,具有广阔的应用前景。在可降解金属中,铁具有优异的力学性能,但其降解速率过慢;锌具有适中的降解速率且降解产物可被吸收。然而,锌的力学强度低(尤其为三维多孔结构时),而且多孔锌存在制备困难、体内降解机制仍不清楚等问题,从而限制了其在骨修复材料中的应用。基于此,本研究采用两步电沉积技术制备铁骨架原位增强的类骨结构的多孔锌支架,研究铁骨架对多孔锌支架力学性能的影响,以及多孔锌支架的结构与力学性能的相互关系。采用体外浸泡和电化学方法研究支架的体外降解性,探究其腐蚀降解规律及降解机理。通过体外细菌培养和细胞培养方法,研究多孔锌支架的抗菌性和体外生物相容性,并分析其机理。综合分析降解性与抗菌性和生物相容性之间的相互影响规律,为多孔锌支架的降解性、抗菌性和生物相容性的调控提供理论依据。构建动物骨缺损模型,采用多孔锌支架进行动物体内骨修复研究,分析支架的结构特征对新生骨组织生长的影响,利用聚焦离子束-透射电镜技术在纳米尺度上分析了多孔锌在体内的降解产物,阐明了其降解机制。该研究证明了Fe@Zn多孔支架作为可降解骨科植入体的可行性,并提供了锌体内降解产物的直接证据。

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