Mg-Zn-Sr合金的生物性能和制备生物可降解肠道吻合环的分析和研究

【摘要】目的：对Mg-Zn-Sr合金应用于肠道吻合环进行前瞻性研究。对镁合金的微观组织结构、力学性能和体外腐蚀行为进行研究来探讨Sr元素带来的合金微观结构改变和力学性能、耐腐蚀性能之间的关系,以便找到具有较好力学性能和耐腐蚀性能的镁合金材料,并且通过细胞毒性实验、溶血实验、部分凝血活酶时间实验及动物肌肉包埋实验对Mg-Zn-Sr合金的生物相容性及可降解性进行综合评估,通过镁合金的抑菌实验和表面涂层的研究论证镁合金作为肠道支架材料的优势,最后探讨镁合金肠道吻合环的设计与制备。方法：(1)采用熔融浇注法制备Mg-Zn-Sr三元镁合金材料,对不同Sr含量的镁合金进行力学性能测定,对合金表面进行金相分析和XRD分析,了解合金微观结构特点。并且通过失重腐蚀实验、电化学腐蚀实验和扫描电镜观察表面腐蚀形态来测试镁合金的体外腐蚀行为,评估Sr元素对镁合金力学性能和耐腐蚀性能的影响。(2)依据ISO10993-5:1999及GB/T16886.5-2003标准,将L一929小鼠成纤维细胞与Mg-Zn-Sr合金浸提液相接触培养,并且与阳性对照组(加入0.64%苯酚)和阴性对照组(加入原培养液)进行对比,在倒置显微镜下进行细胞的形态学观察,采取MTT(四甲基偶氮唑盐)比色法量化细胞毒性,对Mg-Zn-Sr合金细胞毒性进行评估。(3)采用抗凝新鲜人血分别与镁合金浸提液组和阳性对照(0.64%苯酚)、阴性对照组(原培养液)接触,每组设3个平行试样,在570nm波长处用紫外可见分光光度计测定吸光率,计算各组的溶血率,评估Mg-Zn-Sr合金的溶血作用。最后将抗凝健康人静脉血经过离心后分离出贫血小板血浆。将Mg-Zn-Sr合金块放入聚丙烯管中,加入2ml贫血小板血浆,置37℃水浴恒温振荡器中以60转/分放置15min。设置不加合金样品的为空白对照组,每个组平行操作3管。从每一聚丙烯管中吸入50μl血浆到血凝分析仪测定管中,然后均加入50μl兔脑磷脂混悬液和50μl0.025mol/L氯化钙溶液。用自动血液凝固分析仪分别测定各管的凝血时间,计算出镁合金平均凝血时间与空白对照组的百分比,评估镁合金的凝血反应。(4)活体动物肌肉内埋植实验是生物材料包埋在肌肉中,用于检测和评价在体内的毒性作用,是检测医用生物材料的一种重要的体内实验方法。本实验将镁合金试样植入新西兰兔脊柱两旁的肌肉内,通过实验动物的植入物周围肌肉组织、肝脏、肾脏、心脏组织等重要器官的病理切片的观察,评估镁合金材料在植入期间对动物全身以及局部组织的影响；同时对植入金属块进行电镜扫描和电化学分析,分析合金在家兔体内的腐蚀行为和机理。(5)取大肠埃希氏菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌分别接种于脑心浸萃液,培养后调配使其终浓度为1.0×104CFU/ml,然后均加入样品Mg-Zn-Sr合金块,同时在相同的细菌培养液中加入阳性对照(加入头孢他啶粉剂)、阴性对照(加入316LSS不锈钢块)和空白对照组进行对比,37℃培养,在不同的时间分别取培养的菌液O.1ml涂布相应的平板进行计算菌落,实验组与阳性组、阴性组及空白对照组进行比较,评估镁合金对上述细菌的抑制作用。(6)在镁合金块表面成功制备了携带依维莫司(Everolimus)的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)涂层,评估涂层的表面形貌、降解性能,论证制作Mg-Zn-Sr合金药物涂层的可行性。(7)根据镁合金的金属属性,设计出镁合金肠道吻合环,并采用激光分层制造快速成型技术制作模型,并进行肠道吻合操作,证明镁合金肠道吻合环制备的可行性。可结果：经过对不同Sr含量的Mg-Zn-Sr合金进行力学性能和腐蚀行为的测试,发现Sr元素的加入改善了Mg-Zn合金的力学性能和耐腐蚀性能,但需严格控制Sr元素的添加量,Mg-Zn-0.1Sr合金表现出最好的耐腐蚀性能。同时通过细胞毒性研究、溶血实验、部分促凝血活酶时间实验和活兔肌肉包埋试验证实镁合金具有良好的生物安全性、相容性及良好的降解性能；镁合金对肠埃希氏菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌有明显的抑制作用,Mg-Zn-Sr合金有做药物涂层的可行性；设计出并制备肠道吻合器,通过体外肠道手术证实镁合金肠道吻合器的可行性。结论：经过上述一系列的研究证明Mg-Zn-Sr作为新型生物材料,具有制备生物可降解肠道吻合环的潜力,Sr元素的加入明显改善了镁合金的力学性能和耐腐蚀性能,同时它不仅有良好的生物相容性,还具有抑菌以及制备载药涂层的优良性能,这是目前使用的高分子材料所不具备的,Mg-Zn-Sr肠道吻合环将是生物材料与临床外科的一次完美结合。
【作者】刘凌；
【导师】龚连生；
【作者基本信息】中南大学，普通外科学，2013，博士
【关键词】镁合金；肠道吻合环；可降解；生物相容性；抑菌作用；药物涂层；

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