钛合金表面纳米结构对钙磷矿化物体外沉积及成骨细胞矿化功能的影响

背景：通过改变金属材料置入假体表面物理性质，可以增强细胞的成骨性能，表面纳米化处理是当前研究的一个重要方向。 目的：通过测定纳米钛合金和未处理微米钛合金表面钙磷沉积量及成骨细胞在两种材料表面的钙化功能，评估材料表面纳米结构对钛合金生物相容性的影响。 方法：采用表面机械研磨处理(SMAT)制备了表面纳米结构的Ti6Al4V钛合金，将钛合金表面的微米级晶粒转变为纳米尺寸的晶粒。实验分为微米合金和纳米合金组，将试样浸入模拟体液中浸泡21 d。分离新生乳鼠颅盖骨成骨细胞进行培养，将其分别接种到纳米表面和微米表面钛合金上进行共培养14 d。观察两组合金表面粗糙度、润湿角、材料表面钙磷沉积量、成骨细胞钙结节形成的情况。 结果与结论：①基于SMAT技术的表面纳米钛合金表面得到粗糙表面，其组成的晶粒则为纳米量级，表面粗糙度(Ra)由 132.5 nm增加到4019.3 nm；接触角由57.26°减小到22.4°；表面能由39.4 mJ/m2增加到67.3 mJ/m2。②在无成骨细胞的模拟体液中沉积7，14，21 d之后，纳米Ti6Al4V合金表面的钙磷元素沉积量显著增加。③纳米钛合金表面形成的钙结节面积显著大于微米钛合金表面，培养14 d后前者约为后者的3倍。结果提示，表面纳米钛合金能明显促进成骨细胞的矿化，并增加表面钙磷的沉积，具有较好的生物相容性。 关键词：纳米结构；Ti6Al4V；成骨细胞；矿化；钙磷沉积；纳米生物材料 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.12.016

Effect of nanostructure of nano-titanium alloy on in vitro calcium and phosphorus minerals deposition and osteoblast mineralization