In vitro degradation and biocompatibility of Mg-Nd-Zn-Zr alloy

In this study,in vitro degradation and biocompatibility of Mg-Nd-Zn-Zr(NZK) alloy were investigated to determine its suitability as a degradable medical biomaterial.Its corrosion properties were evaluated by static immersion test,electrochemical corrosion test,scanning electron microscopy(SEM),and energy dispersive spectroscopic(EDS) analysis,and in vitro biocompatibilities were assessed by hemolysis and cytotoxicity tests.Pure magnesium was used as control.The results of static immersion test and electrochemical corrosion test in simulated body fluid(SBF) demonstrated that the addition of alloying elements could improve the corrosion resistance.The hemolysis test found that the hemolysis rate of calcium phosphate coated NZK alloy was 4.8%,which was lower than the safe value of 5%.The cytotoxicity test indicated that NZK alloy extracts did not significantly reduce MC3T3-E1 cell viability.Hemolysis test and cytotoxicity test display excellent hemocompatibility and cytocompatibility of NZK alloy in vitro.Our data indicate that NZK alloy has excellent biocompatibility and thus can be considered as a potential degradable medical biomaterial for orthopedic applications.     

Er对Mg-Nd-Zn-Zr合金时效态组织和腐蚀性能的影响

采用X线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等分析测试方法研究Er对Mg-3Nd-0.2Zn-0.4Zr(NZ30K)合金时效态组织和腐蚀性能的影响,研究结果表明:添加0.5％(质量分数)Er元素并没有改变NZ30K合金峰时效析出相的种类,2种合金在200℃时达到峰时效都是因为基体里析出大量弥散分布的β"相,起到第二相强化的作用,β"相具有密排六方DO19结构,其与基体的取向关系为[(2)4(2)3]β"//[2423]a-Mg,(1010)β"//(10(1)0)a-Mg;由于细小的β"强化相的弥散分布,2种合金时效态表面由紧凑和均匀分布的细长条状颗粒组成,主要为Mg(OH)2,NZ30K-Er合金时效态的腐蚀产物膜更致密,所以NZ30K-Er合金时效态的耐腐蚀性能好于NZ30K合金时效态的耐腐蚀性能;NZ30K合金时效态具有优良的耐腐蚀性能,在5％的NaCl溶液中,其腐蚀电流密度仅为8.012 μA/cm2,腐蚀质量损失速率仅为0.243 mg/(cm2·d).     

Biocompatibility of bio-Mg-Zn alloy within bone with heart, liver, kidney and spleen

A magnesium-zinc alloy rod was implanted into the marrow cavity of the distal femur in New Zealand rabbits. The femur with the implanted alloy was compared with the contralateral femur in which a bone tunnel without implant was formed as a control. Degradation of the magnesium-zinc alloy was analyzed via X-ray, scanning electron microscopy, and element energy spectrum analysis. Serum magnesium, liver and kidney function tests, and myocardial enzymes were measured. Heart, liver, kidney and spleen were sectioned for pathological analysis, and the effects of the implanted material on the histology and function of important organs were analyzed. Magnesium-zinc alloy was resorbed from the bone marrow cavity of the femur; 87% of the alloy was degraded within 14 weeks after the surgery. There were no significant differences in serum magnesium, liver or kidney function tests, or myocardial enzymes before the surgery and after degradation of the magnesium-zinc alloy. Histology of the heart, liver, kidney, and spleen did not change. This study demonstrated that magnesium-zinc alloy can be resorbed in bone, and that the degradation products have good biocompatibility with heart, liver, kidney, and spleen. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 30772182, and the Medical-Industial intersect study in Shanghai Jiaotong University (Grant No. YG2007MS26)     

Y对Mg-Nd-Zn-Zr铸造镁合金组织和性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和X线衍射仪等分析研究Y对Mg-Nd-Zn-Zr铸造镁合金组织和性能的影响,并测试其室温力学性能.研究结果表明:Mg-Nd-Zn-Zr-xY(x=0,0.6％,1.2％,1.8％,质量分数)合金铸态组织主要由α-Mg和Mg12(NdaZn1-a)相组成,Y元素主要固溶在α-Mg和Mg12(NdaZn1-a)相中;合金经530℃/14h固溶处理后组织由α-Mg、残余的少量Mg12(NdaZn1-a)相以及方块状Mg24RE5相组成;固溶态合金经200℃/12h时效处理后有大量尺寸为10nm左右的β'和β”析出相生成,能有效地强化基体;随Y质量分数增加,合金室温抗拉强度和屈服强度逐渐上升,最高分别达到271 MPa和161 MPa,较基础Mg-Nd-Zn-Zr合金有较大幅度提高.     

Ti基六钛酸钾涂层复合材料生物相容性的实验研究

应用小鼠成骨细胞系OCT-1细胞对两种植入性材料(纯钛及钛基六钛酸钾涂层复合材料)进行体外细胞培养,比较二者的生物相容性.结果显示钛基六钛酸钾涂层复合材料的生物相容性和纯钛材料相当;连续培养可提高材料的生物相容性,材料表面的平整程度对其表面细胞生长状况起着重要的作用.     

重组类人胶原蛋白Ⅱ膜的生物相容性

目的探讨用戊二醛交联得到的重组类人胶原蛋白Ⅱ(recombinant human-like collagenⅡ,RHLCⅡ)膜的生物相容性。方法用浓度为0.005 mol/L和0.01 mol/L的戊二醛分别交联RHLCⅡ得到两组RHLCⅡ膜(0.005 mol/L组和0.01 mol/L组);把成纤维细胞接种到两组RHLCⅡ膜上,用倒置显微镜和扫描电子显微镜观察细胞贴附情况;用MTT法分析成纤维细胞在两组RHLCⅡ膜上的生长和增殖情况;通过细胞毒性实验评价两组RHLCⅡ膜的细胞毒性。结果当成纤维细胞培养到6 h时,均能贴附于两组RHLCⅡ膜上;培养到96 h时,两组RHLCⅡ膜上的成纤维细胞均融合成片并形成多层细胞;经MTT法分析,细胞接种后96 h,成纤维细胞在两组RHLCⅡ膜上均能实现增殖;0.01 mol/L组比0.005 mol/L组细胞毒性要大,但两组在各时间段,毒性评定均在0~1级,细胞毒性实验合格。结论戊二醛浓度为0.005 mol/L和0.01 mol/L的RHLCⅡ膜具有良好的生物相容性。     

The Biocompatibility of Wool Keratin

Keratin is the major structural fibrous protein providing outer covering such as hair, wool, feathers, etc. When being used as a kind of biomaterials, the biocompatibility of wool keratin is one of the most critical questions. By now, there has not been systemic study on the biocompatibiiity of keratin. Therefore, in this article we used the procedures of skin irritation, haemolysis and subcutaneous implantation according to ISO 10993 to study it. Moreover, the Fourier transform-infrared (FTIR) spectroscopy was utilized to analyse the impurity and structure modification of wool keratin film. The part of the animal tests showed that the wool keratin films prepared by authors were biocompatible. But the residual of sodium dodecyi sulfate (SDS) affected the results of other tests. Consequently, the wool keratin membrane is one kind of favourable and promising biomaterial for biomedical and histological utilization. The residual SDS used as an agent should be eliminated from the keratin solution or membrane completely if for biological usage. In conclusion, wool keratin, as a kind of natural protein, prospectively could be applied in biomedical materials and scaffolds of tissue engineering.     

无细胞猪真皮的生物相容性评价

采用猪皮制备的无细胞真皮基质,在基质上接种血管内皮细胞(VEC),鼠成纤维细胞(3T3),在细胞水平检测其生物相容性.采用MTT法检测VEC、3T3在基质上增殖活力;将复合培养1周的VEC-真皮复合物作组织切片,光镜下观察细胞生长状况.结果发现VEC在无细胞猪真皮基质上增殖迅速,并已经形成单层细胞膜片,某些局部区域已形成2～3层细胞膜片.结果说明采用的无细胞猪真皮基质具有良好的生物相容性,该材料可能有广泛的应用前景.     

Mg-Nd-Zn-Zr镁合金表面超疏水SiO2薄膜的制备及其表征

以微弧氧化层(MAO)为预处理过渡层,正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为主要原料,采用sol-gel和浸渍-提拉相结合的方法在Mg-Nd-Zn-Zr(NZ30K)镁合金表面获得甲基(-CH3)疏水基团表面修饰的超疏水SiO2薄膜,实现了NZ30K镁合金表面的超疏水改性.同时研究了微弧氧化层的表面特征、sol-gel过程中TEOS/乙醇摩尔比(TEOS/EtOH)和MTES添加量(MTES/TEOS摩尔比)对所制备超疏水SiO2薄膜表面形貌和润湿特性的影响.结果表明:NZ30K镁合金经过微弧氧化处理后,表面呈现的微米-纳米尺度上多孔的粗糙结构,其表面体现为亲水性,但有利于提高超疏水SiO2薄膜与NZ30K基材的结合力;当TEOS/EtOH摩尔比为1/30,MTES/TEOS摩尔比为1/2时,SiO2薄膜表面的静态接触角达到151°,其表面具有超疏水特性;而进一步提高MTES/TEOS摩尔比至1时,其静态接触角有所提高,达到153°.红外光谱(FT-IR)表明NZ30K镁合金表面SiO2薄膜的超疏水特性是由于MTES的引入使得-CH3疏水官能团能够成功地嫁接到SiO2粒子的表面.     

力学增强型水凝胶纤维的制备及其生物相容性评价

针对天然水凝胶纤维力学性能及成形性能差的问题,结合微流控和光交联的方法,高通量制备了一种力学增强型海藻酸钠/明胶甲基丙烯酸酯复合水凝胶材料。研究了微流控喷头尺寸、水凝胶单体浓度对水凝胶纤维成形性能、水凝胶力学特性及结构特征的影响。结果表明:制备的水凝胶纤维边缘光滑,直径(390±50μm)较为均一,具有良好的操作性及可控性;随着海藻酸钠和明胶甲基丙烯酸酯单体浓度的增高,水凝胶弹性模量升高,SEM结果显示其片层微结构更为致密。进一步测试了水凝胶纤维的生物相容性,细胞实验结果表明,培养至第5天时,水凝胶中细胞的存活率稳定维持在80%以上,证明所制备的水凝胶具有良好的生物相容性,适宜细胞生长。动物实验结果表明,当凝胶植入动物体内1周后,周围的皮下组织很正常;在第3周时,凝胶周围的炎症反应明显减轻,材料也出现一定程度的降解。研究力学增强型海藻酸钠/明胶甲基丙烯酸酯复合水凝胶,有望于实现三维肌肉微组织模型的高通量构建。     

机械合金法制备高生物相容性镁基非晶合金粉末

选择具有高生物相容性的Mg₆₅Zn₃₀Ca₃Si_1.766Zr_0.234合金体系作为研究对象,从原料单质粉末开始,采用雾化制粉、球磨制得该合金的非晶粉末,再通过X射线衍射（XRD）、差示扫描量热法（DSC）、电化学测试等手段,研究了球磨所制得粉末的非晶程度、非晶合金的热力学性能以及该体系镁基非晶合金的耐腐蚀性能.研究表明,经过80 h以上的球磨,可以使该体系下的镁基合金完全转变为非晶态,并且其耐腐蚀性能在相同情况下较ZK61晶态合金更为良好.     

镁合金基HA材料生物相容性及生物活性的研究

采用电泳沉积法制备了镁合金基羟基磷灰石表面涂层生物复合材料.利用动物体内埋植实验和SBF浸泡实验分别对复合材料生物相容性及生物活性进行研究.将SD大鼠分为对照组和植入组,植入一定的时间后,取植入物周围组织进行切片、HE染色和组织分析;将复合材料恒温浸泡于SBF溶液四周后取出,通过检测复合材料表面生长磷灰石的能力作为评价该材料的生物活性.实验结果是植入物周围出现组织增生,有结缔组织及新生血管的形成,未见明显的组织炎症反应,无多核的巨细胞、淋巴细胞和中性粒细胞等炎细胞的浸润;复合材料浸泡于SBF溶液后,复合材料表面形成一层类骨磷灰石.表明镁合金基羟基磷灰石生物复合材料无细胞毒性,不引起机体免疫反应,能诱导磷灰石的形成,具有良好的生物相容性及生物活性.     

微流控芯片加工工艺及生物相容性探究

本文就实验室微流控玻璃芯片湿法刻蚀加工工艺进行了研究,并对加工后芯片表面的生物相容性进行了评估.结果该工艺展宽100 μm,H₂SO₄处理后的基质生物相容性更好.所以在涉及具体的操作前,有必要进行相应的清洗以及包被处理,以便后续实验顺利开展.对于微流控芯片相关实验具有借鉴与指导意义.     

通过二元熔体的偏析因子计算三元合金的表面张力

通过两次利用理想二元合金熔体的偏析因子,并考虑两个因子间的相互作用关系来计算三元合金的表面张力。针对Cu-Fe-Ni三元熔体,将其与热力学计算值比较,得到一个简单的模型,该模型能够便利、可靠地预测不同温度下、不同成分的Cu-Fe-Ni三元体系的表面张力。     

兔骨髓间充质干细胞复合脱细胞牛松质骨体外相容性研究

探讨脱细胞牛松质骨（Acellular Bovince Cancellous Bone，ABcB）生物衍生材料与骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）的生物相容性，为组织工程方法修复骨缺损提供依据。将兔骨髓间充质干细胞与ABCB复合并体外培养，然后进行形态学、细胞增殖、蛋白质含量测定。骨髓间充质干细胞能够贴附在ABCB孔隙内生长，细胞生长及蛋白合成功能不受ABCB的影响。ABCB生物相容性良好，可作为组织工程的支架材料应用于骨缺损的修复；BMSCs可以作为骨组织工程种子细胞。     

表面修饰的金纳米棒的生物相容性和细胞摄取研究

制备了棒状纳米金颗粒并对其表面进行了修饰,研究了其生物相容性以及运载荧光物质进入细胞的功能.所制备的材料通过聚乙二醇稳定、采用双修饰的方法获得了具有活性-NH2基团存在、稳定性好且生物相容性高的表面修饰的金纳米棒.采用透射电子显微镜和紫外可见吸收光谱对表面修饰的金纳米棒进行了表征,运用MTT比色分析法通过细胞毒性研究了表面修饰的金纳米棒的生物相容性,用流式细胞仪和激光共聚焦显微镜考察了其运载荧光物质进入细胞的功能.结果表明,表面修饰的金纳米棒具有良好的生物相容性,具有作为荧光物质或药物载体的应用前景,可应用于疾病的诊断治疗.     

羟基聚磷酸钙钠骨细胞界面形态

研究一种新的骨替代材料－羟基聚磷酸钙钠骨细胞界面形态,评价其生物相容性。方法：采用体外细胞培养技术,选用ＳＤ乳鼠颅顶骨细胞,从光镜和扫描电镜两个层面观察细胞和材料之间的相互关系。结果随着培养时间的延长,细胞在材料表面的密度增加,未见细胞死亡。     

羟基磷灰石/丝蛋白复合骨材料的生物相容性

以共沉淀法制备了羟基磷灰石/丝蛋白(HA/SF)复合骨修复材料,并对材料进行了XRD、TEM、SEM、孔径分布和孔隙率等相关的测试和表征。结果表明:该复合材料的无机组分为20~30 nm长、5 nm宽的棒状羟基磷灰石(HA)结晶,这些晶粒沿c轴自组装团聚成簇分散在丝蛋白基质中形成三维多孔结构,其孔径分布在0.3~115μm之间,开口孔隙率达66%。该材料植入动物体内,未出现明显的排异反应,在植入部位有连续的骨性连接和新生骨形成,说明HA/SF复合材料具有良好的生物相容性和骨诱导活性。     

胶原修饰快速成形PLGA/TCP人工骨支架体外生物相容性研究

探讨经Ⅰ型胶原修饰的快速成型(RP)聚乳酸-羟基乙酸/磷酸三钙(PLGA/TCP)支架的生物相容性,为进一步体内实验提供研究基础.以经Ⅰ型胶原修饰改性的PLGA/TCP支架作为实验组,未经胶原修饰的原始支架作为对照组,检测两组支架材料的亲水性.BMSCs接种两组支架,分别测定细胞黏附率、细胞增殖率.扫描电镜(SEM)观察细胞黏附形态,以检验支架材料的细胞相容性.结果表明胶原改性支架具有较高的亲水性,实验组细胞黏附率在接种4、8和12 h者,明显优于对照组(P<0.05).实验组在培养2、4、6和8 d的细胞增殖率也明显高于对照组(P<0.05).扫描电镜可见骨髓基质细胞在实验组支架上的增殖数量多于对照组.说明Ⅰ型胶原改性的PLGA/TCP支架具有良好的细胞生物相容性,可作为骨组织工程支架应用于骨缺损的修复研究.     

加工工艺对医用心血管支架生物相容性的影响

设计了一种新结构的316L不锈钢心血管支架，采用激光切割和电化学抛光去除尖角的加工方法，通过3D细胞和小鼠骨髓基质细胞培养以及人体外周血的溶血实验，研究了加工工艺对该心血管支架生物相容性的影响．采用激光切割和电化学抛光工艺，获得了设计的支架形状并消除了支架边缘的尖角；实验组和对照组对比表明，细胞的形状、数量相同，其活性和生长未受支架影响，支架没有引起溶血反应，加工工艺是合理的，没有产生细胞毒性。