纳米复合陶瓷材料的生物相容性研究.rtf

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1、纳米复合陶瓷材料的生物相容性研究【摘要】目的 通过体内、体外实验，对纳米羟基磷石复合40%二氧化锆材料进行早期生物相容性评价。方法 按照国家标准 GB/T16886医疗器械生物学评价标准的要求，同时报据纳米羟基磷灰石复合40%二氧化锆材料的特定用途，选取样本进行如下生物学实验：致敏试验，溶血试验，刺激试验，肌肉植入试验。结论 经体内和体外试验结果显示：纳米羟基磷灰石复合40二氧化锆材料无致敏、无刺激、无变形，具有良好的血液及生物相容性。【关键词】纳米羟基磷灰石 二氧化锆 生物相容性【abstract】objective,through the inside and outside experi

2、ments,the nano hydroxyl p composite 40%zirconium dioxide stone material for early biological compatibility evaluation.Methods according to the national standard GB/T16886 medical equipment biology evaluation standard requirements,but also report according to the nano hydroxyapatite composite 40%zirc

3、onium dioxide the specific use of materials,the sample as biology experiment:sensitization test,hemolytic test,stimulation test,muscle implant test.The conclusion,in vivo and in vitro test results show:nano hydroxyapatite composite 40%zirconium dioxide material without sensitization,no stimulation,n

4、o deformation,has the good blood and biological compatibility.【key words】,nano hydroxyapatite,zro2,biological compatibility由于创伤、感染、肿瘤以及先天性缺损等原因所致骨缺损在临床十分常见，传统修复骨缺损的方法：如自体骨移植，同种异体骨移植。自体骨取骨量有限，同时取自体骨痛苦大、后遗症多、异体骨又有排异反应。而人工合成的骨移植材料在一定程度上可以达到自体骨和异体骨修复的效果，又可以避免疾病感染和骨源有限等弊端1。纳米羟基磷灰石与人体骨骼主要无机成分相似的化学组成和晶体结构，

5、它具有良好的生物相容性，对人体无毒，又能够在植入人体后同骨表面形成很强的化学键结合，有利于骨的长入2。然而它的脆性大、韧性较差、容易发生断裂破坏，二氧化锆陶瓷是一种生物惰性陶瓷，具有良好的生物相容性、较高的弯曲强度、断裂韧性和较低的弹性模量。正是由于二氧化锆具有增韧补强的作用，有效的改善纳米羟基磷灰石的力学性能3。因此,纳米羟基磷灰石复合40%二氧化锆陶瓷材料,兼具材料生物活性、骨诱导性以及材料力学特性,成为用于承载部位骨缺损修复具有广泛前景的新兴材料。一、实验方法(一)致敏试验取豚鼠30只，雌雄各半，体重300500g，随机分为三组，实验组、阴性对照组和阳性对照组各10只。实验样品的生理盐水

6、浸提液，5%甲醛溶液作为阳性对照，生理盐水作为阴性对照4。（二）刺激试验选用新西兰白兔，每组3只,雌雄各半随机分3组，体重2.5kg-3.0kg。HA/40%ZrO2浸提液，阴性对照：生理盐水,阳性对照为3%甲醛溶液。在脊柱左侧取一去毛区，标记5个点，常规麻醉消毒用1ml 注射器试验组于5个点每点注射0.1ml 的浸提液，阴性对照组每点注射0.1ml 的生理盐水，阳性对照组每点注射01.ml 的甲醛溶液。（三）溶血实验穿刺抽取人静脉血10ml 加入到含有抗凝肝素钠的试管中，混合抗凝。取抗凝人血8ml，加入10ml生理盐水，稀释备用。取24支干净玻璃试管每组8支。实验组每只试管加入材料浸提液10

7、ml，阴性对照组每只试管加入10ml 生理盐水，阳性对照组每只试管加入10ml 蒸馏水，将全部试管在37恒温箱中恒温30分钟后，每只试管分别加入0.2ml 稀释抗凝人血，轻轻混匀，继续保温60分钟后，离心5分钟，吸取上清液至比色皿中，用分光光度计在545nm 波长处测定吸光度。溶血率=实验材料的吸光度阴性对照的吸光度/阳性对照的吸光度阴性对照的吸光度结果评定：若材料的溶血率5%，则不符合生物医用材料溶血试验要求。（四）肌肉内植入试验选用 Wister 大鼠48只,雌雄各半,体重22025g,随机分为术后第7、15、30、90天4组,每组10只。对照组8只。常规麻醉消毒,分离竖脊肌,于肌肉内植入

8、消毒的 HA/40%ZrO2材料块,缝合肌膜和皮肤。术后每日予以青霉素20 万 U 肌注,连续3 d,于术后第7、15、30、90 天取材，对照组手术操作如上,但不放材料板。大体观察并制作标本切片，HE 染色，光镜下观察。二、结 果(一)致敏试验各实验组和生理盐水对照组皮肤均无红斑、水肿或疹块发生，致敏率为0。但甲醛对照组动物出现显著的红斑和水肿，致敏率为100%，致敏作用强(二)刺激试验生理盐水对照组均未见任何刺激反应，试验组3号兔的第2点24h 时可见淡红色边界清晰的红斑和边缘明显高于周围皮面的轻度水肿，48h 时可见淡红色边界清晰的红斑刚可查出的极轻微的水肿，72h 时可见此点极轻微的红

9、斑无水肿。所以24h 的平均原发性刺激指数为0.267，48h 的平均原发性刺激指数为0.2，而72h 的平均原发性刺激指数为0.067，均小于0.4，则说明材料对皮肤无刺激作用，而甲醛对照组各时间点可见严重的红斑和水肿，为强刺激。(三)溶血试验：实验组和阴性对照组各管离心后，上层均为清亮无色液体，下层为红细胞沉淀物，该材料的溶血率为3.17%，小于国家标准5%，说明该材料符合组织工程支架溶血试验要求。经 SPSS 10.0统计软件单因素方差分析和 SNK-q 检验：实验组与阴性对照组之间光吸收度值无统计学差异（P0.05），实验组与阳性对照组光吸收度值有显著性差异（P0.05）。(四)肌肉植

10、入试验将各组实验动物包绕纳米羟基磷灰石-二氧化锆材料的组织切开,植入后7天，试样周围可见以嗜中性粒细胞浸润为主的炎性反应，可见吞噬细胞，无囊壁形成。植入15天后试样周围有少量嗜中性粒细胞，淋巴细胞浸润和巨细胞反应；试样周围可见小血管与纤维母细胞增生，开始形成疏松囊壁。植入30天后，试样周围可见少量淋巴细胞，试样周围可见纤维母细胞与胶原纤维，并已形成纤维囊腔结构。植入90天后试样周围未见或仅见极少量淋巴细胞，纤维化囊壁致密，壁的厚度比形成初期要薄。三、讨 论目前，生物医学材料安全性评价主要是采用医疗器械生物学评价体系，即世界标准化组织（ISO）制定的10993系列标准，国内转化为国家标准（GB/

11、T）16886系列标准。参照以上标准，选择了（致敏试验、刺激试验、溶血试验、肌肉植入试验），由于该生物医学材料在体内是不降解的，作为异物一定会对生物体产生作用，同时生物体也会对植入材料产生排斥反应，如果该材料最终被生物体接受，就认为该生物材料与组织之间相容，被称为具有好的生物相容性；反之，被称为生物不相容。致敏反应属型变态反应，试验用完全弗氏佐剂和十二烷基硫酸钠石蜡液起到加强致敏作用的效果，又采取了最大剂量法，保证了试验结果的可靠性。况且豚鼠为T淋巴细胞敏感型动物，而结果显示试验组各注射点均无红斑和水肿，证明此材料无致敏反应。刺激是不涉及免疫学机制的一次、多次或持续与试验组织工程支架材料接触引

12、起的局部炎症反应。本文使用的是皮肤刺激试验。采用5点注射法，各时间点平均原发性刺激指数均小于0.4，则说明材料对皮肤无刺激作用，而甲醛对照组各时间点可见严重的红斑和水肿，为强刺激。溶血试验是检测生物医用材料对血液红细胞的溶血作用，测定红细胞溶解和血红蛋白游离的程度。本实验采用直接接触法，该材料的溶血率为3.17%，小于国家标准表明该材料不引起溶血反应。此试验对吸光度数值先用单因素方差分析，结果为p0.05，说明三组之间存在统计学差异，多组间均数的两两比较采用q检验，结果为试验组与阴性对照组之间p0.05，说明与阴性对照组之间无差别，而与阳性对照组之间p0.05，说明试验组与阳性对照组之间有显著

13、差别。体内植入实验是为了评价活体组织与试验样品材料的相互反应。所有医疗器械和材料植入体内均会不同程度地产生组织反应。目前，常采用肌肉局部组织生物学反应评价是根据炎性细胞反应和纤维囊形成进行组织反应分级，然后在根据组织反应分级情况进行结果评定。本试验植入各个时期炎症细胞浸润和纤维囊形成分级符合国家标准。本实验体内和体外试验结果表明纳米羟基磷灰石复合40%二氧化锆陶瓷材料是一种无致敏、无刺激、无溶血，具有良好的血液和组织相容性的材料，又因其材料本身具有良好的生物活性及力学特性，有望成为修复骨缺损十分重要的生物材料。参 考 文 献1 MuruganR,RamakrishnaS.Development

14、 of nanocomposites for bonegrafting.Compos.Sci.Technol.,2005,65(15-16):2385-2406.2 胡江.组织工程研究进展.2000.生物医学工程学杂志，17(1):75-793 李世普.生物医学材料导论，武汉工业大学出版社，2000.4 郝和平.医疗器械生物学评价标准实施指南M.北京:中国标准出版社，2002.81135.一、填空题。一、填空题。1、蒸馏2、蒸馏瓶、蒸馏头、毛细管、温度计、冷凝管、接受器、3、固液两态在 1 个大气压下达成平衡时的温度、样品从初熔至全熔的温度范围、下降、增长4、空气冷凝管5、1-1.2 mm；7

15、0-80 mm；2-3 mm；均匀；结实6、水份；分离净；水层。7、干燥管，水分二、选择题。二、选择题。1、A 2、C 3、D 4、C 5、C 6、B 7、A 8、C三、判断题。三、判断题。（每题 1 分，共 10 分）1、2、2、3、4、5、6、7、8、7、10、四、简答题。四、简答题。（每题 分，共 30 分）1、答：在整个蒸馏过程中，应使温度计水银球上常有被冷凝的液滴，让水银球上液滴和蒸气温度达到平衡。所以要控制加热温度，调节蒸馏速度，通常以 12 滴s 为宜，否则不成平衡。蒸馏时加热的火焰不能太大，否则会在蒸馏瓶的颈部造成过热现象，使一部分液体的蒸气直接受到火焰的热量，这样由温度计读得

16、的沸点会偏高；另一方面，蒸馏也不能进行的太慢，否则由于温度计的水银球不能为馏出液蒸气充分浸润而使温度计上所读得的沸点偏低或不规则。2、答：用硫酸洗涤：除去未反应的正丁醇及副产物 1丁烯和正丁醚。第一次水洗：除去部分硫酸及水溶性杂质。碱洗(Na2CO3)：中和残余的硫酸。第二次水洗：除去残留的碱、硫酸盐及水溶性杂质。3、答：(1)沸石为多孔性物质，它在溶液中受热时会产生一股稳定而细小的空气泡流，这一泡流以及随之而产生的湍动，能使液体中的大气泡破裂，成为液体分子的气化中心，从而使液体平稳地沸腾，防止了液体因过热而产生的暴沸。(2)如果加热后才发现没加沸石，应立即停止加热，待液体冷却后再补加，切忌在加热过程中补加，否则会引起剧烈的暴沸，甚至使部分液体冲出瓶外，有时会引起着火。(3)中途停止蒸馏，再重新开始蒸馏时，因液体已被吸入沸石的空隙中，再加热已不能产生细小的空气流而失效，必须重新补加沸石。4、答：冷凝管通水是由下口进，上口出，反过来不行。因为这样冷凝管不能充满水，由此可能带来两个后果：其一，气体的冷凝效果不好。其二，冷凝管的内管可能炸裂。五、实验装置图。五、实验装置图。答：错误：温度计插入太深，温度计水银球上限应和蒸馏头侧管的下限在同一水平线上；冷凝水的流向不对，应从下口进水，上口出水；冷凝管用错，应选择直形冷凝管；反应液太满，不能超过圆底烧瓶容积的 2/3。(五)