3D打印Ti-6AL-4V理化性能及生物相容性研究.pdf

1、目的:
　　檢測、比較應(yīng)用電子束選區(qū)熔化(EBM)及激光選區(qū)熔化(SLM)工藝制作的Ti-6Al-4V試件的理化性能和生物相容性，為3D打印鈦合金的臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)
　　方法:
　　理化性能:應(yīng)用電子束選區(qū)熔化(EBM)和激光選區(qū)熔化(SLM)工藝制備Ti-6Al-4V合金試件，以鍛造試件作為對照。(1)通過光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、EBSD的方法觀察顯微組織;(2)通過XRD、EDS、XPS和GB/T469

2、8系列方法對其進(jìn)行成分分析;(3)運用接觸角實驗方法檢測EBM和SLM試件親水性;(4)應(yīng)用維氏硬度方法檢測三種試件的維氏硬度。(5)應(yīng)用粗糙度儀檢測EBM和SLM試件表面粗糙度;(6)應(yīng)用電化學(xué)實驗、浸泡實驗、細(xì)胞培養(yǎng)液離子析出實驗方法檢測其耐腐蝕性。
　　生物相容性:體外研究為EBM、SLM及鍛造三者比較。體內(nèi)研究為EBM與正常組織比較。(1)應(yīng)用掃描電鏡及細(xì)胞計數(shù)的方法觀察，不同時間點骨髓基質(zhì)干細(xì)胞(BMSC)在不同工藝制備

3、的試件上粘附、增殖情況。(2)應(yīng)用透射電鏡的方法觀察粘附在不同工藝試件上的BMSC及進(jìn)行皮下植入手術(shù)52周后的比格犬肝、腎組織超微結(jié)構(gòu)是否有損傷。(3)應(yīng)用組織學(xué)染色及大體觀察方法觀察Ti-6Al-4V試件周圍組織有無異常。(4)應(yīng)用單細(xì)胞電泳實驗（彗星實驗）檢測進(jìn)行皮下植入手術(shù)52周后的比格犬肝、腎組織DNA是否有損傷。
　　結(jié)果:
　　理化性能:顯微組織觀察結(jié)果表明:三種試件的顯微結(jié)構(gòu)均不同。鍛造試件為網(wǎng)籃組織，EBM與

4、SLM均為馬氏體組織，大部分SLM的晶粒較EBM細(xì)小。在SLM試件中發(fā)現(xiàn)很多短小的位錯及孿晶。在EBM試件中發(fā)現(xiàn)有金屬間化合物析出。從表面粗糙度結(jié)果可知:EBM和SLM表面粗糙度均有利于細(xì)胞的粘附。接觸角實驗結(jié)果表明:EBM和SLM試件均大于65°為疏水性材料，并不是細(xì)胞粘附的最佳接觸角度。掃描電鏡結(jié)果提示，EBM與SLM表面形態(tài)相似，但不是最佳利于細(xì)胞粘附的表面形態(tài)。成分分析結(jié)果表明:三種試件中非金屬元素C、H、O、N的含量均在正常范

5、圍內(nèi)，三種試件表面成分均為α-Ti，且SLM和EBM表面均可形成氧化膜。沒有觀察到金屬成分偏析的現(xiàn)象。顯微硬度結(jié)果表明:三種試件硬度差別不是很明顯。EBM硬度最高，與SLM及鍛造試件有統(tǒng)計學(xué)差異(P＜0.05)，SLM及鍛造試件之間無統(tǒng)計學(xué)差異(P＞0.05)。電化學(xué)腐蝕實驗結(jié)果表明:EBM試件的熱力學(xué)穩(wěn)定性劣于其他兩種試件。在電極電位＜1200mV時，SLM試件的耐腐蝕性最強(qiáng);在電極電位＞1200 mV時，EBM試件的耐腐性最強(qiáng)。浸泡

6、實驗結(jié)果表明，SLM試件的耐腐蝕性最強(qiáng)。培養(yǎng)液金屬離子析出濃度表明:SLM試件Al、V離子的析出量最少，與電化學(xué)腐蝕實驗結(jié)果相吻合。但三種試件析出Al、V離子的含量均為微克級，不足以對細(xì)胞的粘附、增殖造成影響。
　　生物相容性:細(xì)胞計數(shù)及掃描電鏡結(jié)果表明:BMSC在三種試件上的粘附、增殖能力相近，隨著培養(yǎng)時間的延長，細(xì)胞數(shù)量增加明顯，且細(xì)胞形態(tài)變化明顯。透射電鏡結(jié)果顯示:BMSC及比格犬肝、腎組織超微結(jié)構(gòu)與鍛造件及正常肝腎組織無明