锶的含量对掺锶银微弧氧化涂层性能影响的研究
目的: 通过在纯钛表面制备不同锶（Sr）含量的掺Sr-Ag微弧氧化涂层，检测其理化特性，并对前成骨细胞在样品浸泡前后不同涂层表面粘附、增殖、骨向分化进行检测，揭示掺 Sr-Ag 微弧氧化涂层中 Sr 的短期和长期成骨性能、作用机制，确定最佳含量，为制备新型种植体涂层提供实验依据。 方法: 1 不同 Sr 含量的掺 Sr-Ag 微弧氧化涂层的构建及理化性能检测。样品分为五组， Sr0 组、Sr30 组、Sr60 组、Sr90 组和 Sr120 组，各组电解液中均加入0.17g/L硝酸银，并分别加入0g/L、30g/L、60g/L、90g/L、120g/L醋酸锶，制备微弧氧化涂层。采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）和 X 射线衍射仪（ XRD ）、粗糙度测量仪、接触角测量仪和电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP）对磷酸缓冲液（PBS）浸泡前后不同涂层表面微观形貌、化学成分、粗糙度、亲水性和Sr2+ 释放规律进行检测，分析不同涂层表面理化性能。2 不同Sr含量掺 Sr-Ag 微弧氧化涂层对前成骨细胞粘附、增殖及骨向分化的影响。将 Sr0、Sr30、Sr60、Sr90 和 Sr120 五组不同 Sr 含量涂层样品在磷酸盐缓冲液（PBS）中37℃浸泡，每天换液，共浸泡30d；然后将前成骨细胞MC3T3-E1接种于浸泡前、浸泡后的各组涂层样品表面。细胞接种 2h 后采用细胞核碘化丙啶（PI）染色检测各组涂层上前成骨细胞粘附情况；浸泡前、后细胞在各组涂层表面分别培养 1、3、5、7 天，应用细胞增殖-毒性检测试剂盒（CCK-8 法）检测各组样品前成骨细胞增殖情况；于培养 24h 采用 SEM 和免疫荧光染色观察细胞生长情况；碱性磷酸酶（ALP）活性评价五组样品浸泡前、后的细胞骨向分化能力，优选掺Sr-Ag微弧氧化涂层中Sr最佳含量。 结果: 1 不同 Sr 含量掺 Sr-Ag 微弧氧化涂层的构建及理化性能检测。通过微弧氧化法成功构建了不同 Sr 含量掺 Sr-Ag 微弧氧化涂层样品，并根据微弧氧化电解液中醋酸锶的浓度不同分为Sr0、Sr30、Sr60、Sr90和Sr120五组。SEM观察显示，五组涂层表面微观形貌相似，表面均有直径约 0.5～2μm 大小的“火山口”状微孔形成，各组涂层表面微孔直径差异无统计学意义（p＞0.05）。EDS 分析发现，Sr0 组未发现Sr元素，Sr30、Sr60、Sr90和Sr120组掺Sr涂层表面Sr含量（质量比）分别为 9.64%、15.08%、18.23%和 21.25%；随着电解液中醋酸锶浓度增大，涂层中Sr 元素的含量也相应增加。XRD 显示，四组掺 Sr 涂层中均能观察到 SrTiO3的衍射峰，随着涂层中 Sr 含量增加，SrTiO3的衍射峰有增强趋势。粗糙度和接触角检测结果显示，各组粗糙度和表面亲水性差异无统计学意义（P＞0.05）。上述结果说明，涂层中 Sr 的含量对掺 Sr-Ag 微弧氧化涂层的微观形貌、粗糙度和亲水性没有显著性影响。Sr2+释放实验显示，前7d Sr2+释放较快，随后释放速度迅速降低；Sr30、Sr60、Sr90 和 Sr120 组前 7 天 Sr2+累积释放量分别为 0.446、4.593、10.326和15.994 ppm，随后Sr2+累积释放量保持一个相对稳定的水平。而Sr2+每天释放量在前7天急剧下降，然后保持一个相对极低的水平。从第4d至7d四组Sr2+每天平均释放浓度分别为 0.013、0.017、0.098 和 0.067 ppm；第 8d 至 30d 每天平均为0.002、0.012、0.016和0.03 ppm，第31d至120d每天平均为0.0004、0.0005、0.002和0.003 ppm。PBS浸泡4天后Sr2+每天平均释放浓度远低于文献报道Sr2+促进成骨细胞骨向分化的有效浓度（0.87ppm）。EDS 分析显示，Sr30、Sr60、Sr90和 Sr120 组经 PBS 浸泡 30 天后涂层表面 Sr 的含量分别为 8.58%、12.89%、14.52%和 16.59%，各组 Sr 的含量较 PBS 浸泡前分别下降了 11.00%，14.52%， 20.35%和 21.93%。XRD 检测显示， Sr120 组有较小的 SrTiO3 衍射峰出现，而Sr30、Sr60和Sr90组涂层中未观察到SrTiO3衍射峰。2不同Sr含量掺Sr-Ag微弧氧化涂层对前成骨细胞粘附、增殖及骨向分化的影响。PBS 浸泡前及 PBS 浸泡 30天后，Sr0、Sr30、Sr60、Sr90 组和 Sr120 组涂层表面前成骨细胞粘附数目差异均无统计学意义（P＞0.05）。MC3T3-E1 细胞增殖检测显示，PBS 浸泡前在第 1、3、5、7d Sr60、Sr90 和 Sr120 组对前成骨细胞的增殖促进作用均显著高于 Sr0 组（ P＜0.05 ） ，而在第 3、5d Sr60、Sr90 和 Sr120 组又均显著高于 Sr30 组（P＜0.05）；PBS 浸泡 30 天后，在四个时间点 Sr120 组细胞增殖活性均最高，但除第7天 Sr120组细胞增殖显著高于 Sr0和 Sr30组外（P＜0.05），各组细胞增殖差异无统计学意义（P＞0.05）。ALP活性检测显示，在PBS浸泡前，四组掺Sr涂层表面前成骨细胞ALP活性均显著高于Sr0组（P<0.05），而Sr90组和Sr120组细胞ALP活性又显著高于Sr30和Sr60组（P＜0.05）；PBS浸泡30天后，Sr90组和Sr120组细胞ALP活性仍显著高于其他三组（P＜0.05）。上述结果说明，掺Sr-Ag微弧氧化涂层中的Sr可以促进前成骨细胞增殖和骨向分化，其作用随涂层中Sr含量的增加而增强，而对细胞粘附影响不大；PBS浸泡30天后，Sr90和Sr120组（Sr的含量为18.23%和21.25%）仍保持长期的促进前成骨细胞增殖和骨向分化的作用。由于前期Sr2+释放实验显示PBS浸泡4天后每天Sr2+平均释放浓度远低于文献报道Sr2+促进成骨的有效浓度（0.87 ppm），Sr90和Sr120组（Sr的含量为18.23%和 21.25%）的促成骨效应并非来自涂层中释放的 Sr2+，而是来自涂层中未释放的Sr。 结论: 1 本研究构建了不同Sr含量的掺Sr-Ag微弧氧化涂层，Sr的掺入对涂层微观形貌、粗糙度、亲水性没有显著影响。2 不同 Sr 含量的掺 Sr-Ag 微弧氧化涂层对前成骨细胞增殖和骨向分化均有促进作用；涂层中Sr质量比为18.23～21.25%时，涂层不仅短期促进前成骨细胞增殖与骨向分化效果最好，而且具有较好的长期效果。3 掺 Sr-Ag 微弧氧化涂层中的 Sr 除通过 Sr2+释放发挥对前成骨细胞增殖和骨向分化的促进作用外，涂层中未释放的 Sr 也具有促进前成骨细胞增殖和骨向分化的效应。
牙科材料;微弧氧化涂层;掺锶改性;成骨细胞;细胞增殖;骨向分化
华北理工大学
硕士
口腔临床医学
戚孟春;董伟
2019
中文
R783.1
2019-12-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）