低温等离子体活化的纯钛种植体对骨结合影响的体内探讨

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论文字数:32322 论文编号:sb2022061009583348224 日期:2022-06-17 来源:硕博论文网

本文是一篇临床医学论文,本实验在动物模型的选择上仍然存在一些不足,常用的实验动物有 SD 大鼠、兔子、比格犬和小型猪等。其中小型猪因其骨代谢特征与人类相似最适宜应用于种植体-骨结合的研究 36,且无需定制特殊大小的种植体。
第一部分 经低温等离子体活化后的种植体表面分析 材料与方法
1 材料与设备
纯钛种植体(2mmx10mm,威高生物科技有限公司,威海) 低温等离子体发生装置(AS400,PLASMATREAT GMBH,德国) 扫描电镜(Phenom XL,荷兰) X  射线光电子能谱(Kratos Axis Ultra,英国)
选用威海威高生物科技有限公司定制的种植体,如图 1-1 和 1-2 所示,规格:2mmx10mm 螺纹形种植体。种植体分为光滑表面种植体(SM Ti)及喷砂酸蚀种植体(SLA Ti)由威高生物科技有限公司进行表面处理并消毒封装。将经 NTAOP处理的两种种植体设为实验组,将未经 NTAOP 处理的两种种植体设为对照组。

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2低温氩-氧等离子体对种植体表面活化
使用低温等离子体发生装置对种植体表面进行活化。示意图如图 2 所示,低温等离子体发生装置的工作区域尺寸为 33cmX12.5cm。调节设备参数为电压320V,电流 0.3A,气体的流速为 300L/h。我们将种植体置于耐高温石英玻璃器皿内,规格为直径 14mmx 高度 30mm,并一起放置于距离低温等离子体的喷嘴处 4.5cm 位置处,以氩气+5%氧气作为输入气体产生 NTAOP 处理两种不同表面的种植体,处理时间为 90 秒[40]。将经过 NTAOP 活化后的种植体作为实验组设为 SM Ti+ NTAOP 和 SLA Ti+ NTAOP,将未经过 NTAOP 活化的种植体作为对照组设为 SM Ti 和 SLA Ti。 
使用扫描电子显微镜(SEM)观察经 NTAOP 体处理前后的光滑表面组和喷砂酸蚀组种植体表面形貌。加速电压为 10kV,放大倍数为 4000x。
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结果
1 种植体表面形貌观察结果
如图 3 所示为光滑表面种植体和喷砂酸蚀组种植体经 NTAOP 处理前后的扫描电子显微镜观察结果。图 3a 及图 3b 为低倍镜下观察到的螺纹表面形貌。图 3c及 3e 为光滑表面种植体,可以观察到种植体表面为方向一致,排列整齐的机械打磨痕迹,但处理前后的种植体表面微观形貌并没有发生改变。图 3d 及 3f 为喷砂酸蚀种植体,可以观察到种植体表面结构表现为蜂巢状多级孔洞结构,但也可以发现处理前后的种植体表面微观形貌也没有发生改变,结果表明经 NTAOP 处理的种植体其表面形貌并不会发生改变。

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2  种植体表面 XPS 分析结果

使用 X 射线光电子能谱分析仪对经 NTAOP 处理前后的光滑表面组种植体和喷砂酸蚀组种植体进行了表面化学成分分析。结果如图 4 所示,SM Ti 和 SLA Ti 于结合能为 285.0eV(C1s)处均出现 C1s 峰,主峰对应于碳氢化合物烃(-CH)。而与未经过 NTAOP 处理的对照组种植体相比,经 NTAOP 处理过的种植体表面的碳氢化合物烃可能由于低温等离子体的表面清洁作用清除了种植体表面的碳污染而降低(图 4a,b,g)。经 NTAOP 处理后的 SM Ti 和 SLA Ti 对应碳氧键的C2 峰(288.6 eV)均有小幅上升。同样,不论是光滑表面的种植体还是喷砂酸蚀表面的种植体,经 NTAOP 处理后碳原子的含量都低于对照组未 NTAOP 体处理的种植体(图 4h)。从 O1s 峰来看,所有的种植体于结合能为 530.0eV 的 Ti-O 处有明显的主峰,且可以看出其峰值强度经 NTAOP 处理后有所增加(图 4c,d,g)。此外,还观察到与对照组相比经 NTAOP 处理过的实验组种植体于结合能为532.0eV 处其羟基(-OH)的峰值出现明显的升高。进一步分析表明,这些变化导致 SM Ti 和 SLA Ti 在经 NTAOP 处理后氧的相对原子含量出现增加(图 4 h)。最后,(图 4e,f,g)显示了 Ti2p 1/2 和 Ti2p 3/2(458.8eV)处峰值的上升,结果表明无论种植体表面形貌如何,经 NTAOP 处理后这两个峰的强度都有所增加。

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第二部分  种植体表面处理后对骨结合的影响 材料与方法 ····························· 13
1 材料与设备 ·························· 13
2 动物模型的建立及种植体植入 ······························ 13
3 影像学检查 ····································· 15
结果 ···································· 21
1 X 线影像学评估 ·························· 21
2 Micro-CT 检测结果 ······························ 21
3 荧光显微镜观察荧光染色结果 ························ 24
4  硬组织切片观察 ·························· 28
讨论 ····························· 33
结论 ···························· 36
讨论

已有文献报道具有粗糙表面的种植体在模拟天然骨组织促进植入后骨愈合的过程中起着至关重要的作用[16]。为了使种植体植入后更快的获得骨整合越来越多的种植体表面处理方法被研究了出来,如喷砂酸蚀表面,钛浆涂层表面、羟基磷灰石涂层表面、可吸收表面、电化学氧化表面和复合表面等被应用于种植体表面处理[58]。然而如何在种植体植入后取得更快的骨结合仍然是一个研究的热点。
本实验采用 NTAOP 对 SM Ti 种植体和 SLA Ti 种植体进行表面活化后植入SD 大鼠股骨缺损模型内,综合评价其促进成骨的能力。本实验选用 Sprague Dawley 大鼠作为实验动物,是因为 SD 大鼠的骨生长速度比人类快,在种植体植入后需要的愈合时间更短,且 SD 大鼠较别的实验动物价格优廉更易操作。大鼠股骨缺损模型已经成功的应用于各种种植体表面处理的体内实验[59,60],具有较为成熟的实验方法。
在种植体植入后的 2-4 周是种植体获得初期稳定性和二期稳定性的早期植入阶段,此时因咬合力等因素会导致种植体与骨界面遭到破坏而引发种植体脱落,导致种植手术的失败[61]。但对种植体表面进行处理后会在早期促进新骨的形成, Hoornaert [62]等的研究表明新型纳米结构表面的钛种植体在第 4 周和第 12 周均表现出比对照组喷砂酸蚀表面的钛种植体更好的骨结合能力。种植体植入后的稳定性分为初期稳定性和二期稳定性,初期稳定性由种植体植入后与周围骨组织之间的机械固位力产生,二期稳定性由种植体植入后种植体周围的骨改建和骨再生产生,初期稳定性和二期稳定性组成了种植体植入后的总体稳定性。种植体植入后骨整合的评价主要由逐渐形成的二期稳定性来决定[53]。Mori[63]  等将种植体植入兔子胫骨内研究发现,在第 2 周时已有新骨与钛表面接触,但在松质骨区两者之间有结缔组织插入,第 4 周时种植体植入后松质骨与皮质骨均有新骨接触。8 周与 12 周时无明显差距,8 周时新骨就几乎将种植体表面完全覆盖,期间没有结缔组织的插入。所以第 4 周和第 8 周是比较理想的早期和远期评估种植体骨整合的时间点。较多的研究也选取了第 4 周和第 8 周作为评估骨整合的时间点[64-66],因此本实验也选取种植体植入后第 4 周和第 8 周作为评估种植体骨整合的时间点。
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结论
从组织学水平为了可以动态的观察种植体周围新生骨的情况我们还使用了双荧光标记的方法。双荧光标记法常用于观察新骨的生长和矿化情况。新骨的形成一般分为构成成骨纤维物质和骨结晶、沉积两个阶段[80]。实验中我们使用了茜素红和钙黄绿素两种荧光染色剂,其机制是利用骨矿化产生的第一步在机体内与钙离子结合形成螯合反应。将硬组织切片置于荧光显微镜下分别使用 605nm 波长(茜素红)和 522nm 波长(钙黄绿素)的光谱激发[81],分别呈现出红色和绿色的荧光条带。由荧光染色的结果可知,在注射不同的荧光染料后新骨发生矿化沉积的数量。结果显示,所有的种植体周围都有两条荧光条带,且处理组种植体周围荧光沉积量明显高于未处理组,提示经低温氩-氧等离子体激活后的种植体可以促进成骨。
本实验在动物模型的选择上仍然存在一些不足,常用的实验动物有 SD 大鼠、兔子、比格犬和小型猪等。其中小型猪因其骨代谢特征与人类相似最适宜应用于种植体-骨结合的研究 36,且无需定制特殊大小的种植体。但由于实验条件有限,本实验选择了 SD 大鼠作为实验动物模型。通过实验结果可知经低温氩-氧等离子体活化后的种植体表面可呈超亲水性,促进新骨的形成,提高种植体-骨结合率。
经低温氩-氧等离子体活化的 SLA Ti 种植体和 SM Ti 种植体,可以促进新骨的形成,提高种植体-骨结合率。
参考文献(略)


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