CN115282343A - 一种壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料及其制备方法 - Google Patents
一种壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料及其制备方法，所述复合内植物材料包括镁铜合金基体和负载在镁铜合金基体表面的磷灰石/壳聚糖复合涂层；所述磷灰石/壳聚糖复合涂层具有纳米取向结构。本发明一方面通过取向壳聚糖/磷灰石涂层的制备延缓镁铜合金的降解，使镁铜合金的抗感染作用更为持续和稳定，降低骨关节感染的复发率，同时壳聚糖与镁铜合金协同抗菌将进一步促进材料的抗感染性能；另一方面，在感染得到控制后，镁铜合金可充分发挥其后续诱导成骨、抑制骨溶解的骨组织活性，并与纳米取向结构涂层产生促进骨修复的协同效应，治疗继发于感染的骨质破坏和骨缺损，从而在真正意义上完成骨关节感染的全程治疗。
Description
技术领域
本发明涉及医用内植物材料技术领域，具体涉及到一种壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料及其制备方法，尤其涉及一种具有抗感染功能的壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料及其制备方法。
背景技术
骨科临床医疗的首要治疗目标是重建患者肢体的运动功能，骨折切开复位内固定、韧带和肌腱重建、人工关节置换等手术是其最有效的医疗手段，多数患者可获得满意疗效。然而无论现代骨科临床医疗技术如何进步，以上手术仍然需要依靠开放性手术切口及置入相应内植物(如内固定钢板，螺钉，人工关节等)来发挥作用，因此内植物相关感染、骨髓炎等骨关节感染性疾病风险无法避免，而这也是骨科手术最严重的并发症和骨科临床的灾难性问题。统计数据显示，在长骨开放性骨折病例中骨关节感染的发病率达到4％-64％，而在全髋和全膝置换术后发病率也接近1％。骨关节感染一旦发生，80％的患者无法通过现有医疗手段一次治愈，部分患者病情迁延不愈，难以控制，最终可发生继发于骨关节感染的植入物失败、肢体畸形、关节强直、截肢等不良后果，甚至危及生命。因此，如何采取有效措施降低骨关节感染及内植物相关感染的发病率，是骨科临床迫切需要解决的难题。
目前临床应对骨关节感染的标准治疗策略主要包括抗生素全身给药，清创引流和局部埋置抗生素珠链。然而以上治疗策略均存在不可避免的局限性，包括：(1)在内植物表面形成生物膜的细菌能够抵抗宿主的防御和抗生素的作用，这将使抗生素治疗无效化；(2)通过抗生素静脉注射全身给药，即使应用其最大安全剂量，经血液输送的药物也难以在感染局部达到有效抑菌浓度，而长期大剂量的抗生素使用会导致药物副反应及耐药菌株的产生和变异，例如骨髓炎常见致病菌—耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA，methicillin-resistant Staphylococcus aureus)；(3)现有抗生素珠链无法在体内降解，需二次手术取出，并且其负载抗生素种类单一，无法应对不同病原菌的混合感染，难以满足临床治疗实际需要；(4)继发于感染的局部骨质破坏、骨缺损难以在原位修复，会造成患者运动功能进一步受损。由于以上治疗策略的局限性，骨关节感染发生后将会给患者带来巨大的健康风险和经济负担，临床上急需针对此类疾病的新型医疗手段。
镁的密度为1.74g/cm3,与正常的骨组织十分接近(1.8-2.1g/cm3)，纯镁的弹性模量为41-45GPa，同齿骨(40-80GPa)水平相当。因此镁是目前生物力学性能与人体骨组织最为接近的金属材料，植入体内可有效避免应力遮挡效应。研究表明镁在体内降解所释放的镁离子具有较好的成骨诱导活性，有利于促进骨修复，镁在体液降解造成的碱性微环境(Mg+2H2O＝Mg2++H2+2OH-)会抑制破骨细胞的分化从而抑制骨吸收，提示其可被应用于骨溶解性相关疾病，镁基内植物具有较大的骨科临床应用潜力。镁基植入物在体内可逐渐降解直至最终消失，避免了传统内植物取出的二次手术风险。
既往研究表明铜元素具有较强抗感染性能，并兼具一定骨诱导活性和促血管生成活性。2012年《JOURNAL OF BIOMEDICAL MATERIALS RESEARCH A》期刊100卷第9期报道了Andrea Ewald等对负载了铜离子的磷酸氢钙支架材料的体外研究，该支架材料在铜离子的作用下能够促进成骨细胞系在其表面的增殖和细胞活性，并且表现出成骨相关蛋白分子如骨唾液酸蛋白和骨钙素蛋白的表达增加。2013年《Biomaterials》期刊34期422–433页报道了Chengtie Wu等在合成介孔生物玻璃支架的过程中加入1％-5％的铜来代替材料中的钙，合成了负载铜的可降解介孔生物玻璃多孔支架，研究发现缓慢释放的铜离子可以有效抑制材料表面大肠埃希菌的增殖，同时，该支架材料在与人骨髓间充质干细胞(hBMSC)共培养的过程中可以促进其成骨相关基因的表达(ALP,OPN,OCN)，另外，在铜离子的作用下hBMSC的血管内皮生长因子VEGF的表达也显著增加，表现出了一定的成血管促进作用。其应用的局限性在于铜合金体系在体内降解速率较快，无法长期发挥其对骨组织感染的治疗作用，同时，快速释放的铜离子与周围骨组织的作用时间较短，不能充分发挥铜离子的骨诱导活性，对继发于感染的骨质破坏和骨缺损修复效果有限，因此铜合金材料体系尚需改进以进一步适应临床需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料及其制备方法。本发明旨在以治疗和预防骨关节感染为主要临床应用方向，以抑制骨内植物表面及其周围骨组织细菌生物膜的形成过程为治疗目标，提供一种兼具良好抗感染性能及骨组织活性的新型骨内植物材料—即具有纳米取向结构的壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料(Chitosan/Hydroxyapatite/Mg-Cu composite implants,CHMCs)，并提供其制备方法，该制备方法简单易操作，生产成本较低，具有较高的临床应用价值。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料(CHMCs)，所述复合内植物材料包括镁铜合金基体和负载在镁铜合金基体表面的磷灰石/壳聚糖复合涂层；
所述磷灰石/壳聚糖复合涂层具有纳米取向结构。
优选地，所述镁铜合金中，铜的质量百分含量为0.1～0.5％。本发明在前期的实验中发现，当含铜量大于0.5％时，材料的降解速率过快，无法在体内产生持久缓慢的作用。
优选地，所述镁铜合金的制备方法包括以下步骤：
A1、将纯镁粉和纯铜粉加入坩埚中进行混合，加热到740～760℃，搅拌5～10min进行精炼；然后降温至680～700℃静置20～40min；
A2、将步骤A1得到的熔融物倒入模具中，即得镁铜合金。
优选地，所述步骤A2后，还包括将得到的镁铜合金进行研磨、超声清洗和干燥的步骤。
优选地，所述研磨采用碳化硅纸进行；所述超声清洗依次采用丙酮、无水乙醇和蒸馏水进行。
第二方面，本发明提供了一种壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、配制含有壳聚糖、钙离子和磷酸根离子的溶液：在乙酸溶液中加入壳聚糖，搅拌溶解至清亮透明，所得壳聚糖乙酸溶液中再加入钙盐、磷酸盐搅拌溶解，即得含有壳聚糖、钙离子和磷酸根离子的溶液；
S2、采用浸渍-提拉法制备含有钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合中间涂层：将镁铜合金基体在含有壳聚糖、钙离子和磷酸根离子的溶液中浸泡18～22h，然后提拉出来，再转至去离子水中浸泡1s～2h，再次提拉后，干燥，得表面负载有含有钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合中间涂层的镁铜合金；
S3、采用生物矿化法制备磷灰石/壳聚糖复合涂层：将表面负载有含有钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合中间涂层的镁铜合金置于含有磷酸根离子的模拟体液中，并在115～125℃下水热反应10～14h，然后取出清洗、干燥，得表面负载磷灰石/壳聚糖复合涂层的镁铜合金，即壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料。
优选地，步骤S1中，所述乙酸溶液的体积分数为0.1～50vt.％；所得壳聚糖乙酸溶液中，壳聚糖的质量浓度为0.5～10wt％。
优选地，步骤S1中，所述含有壳聚糖、钙离子和磷酸根离子的溶液中，钙离子的浓度为0.0001M～饱和溶液，磷酸根离子的浓度为0.0001M～饱和溶液；
所述钙离子和磷酸根离子的摩尔比为0.1～5。
优选地，所述钙盐为可溶性钙盐，选自氯化钙、硝酸钙、氟化钙中的至少一种；
所述磷酸盐为可溶性磷酸盐，选自磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸钾、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵中的至少一种。
优选地，步骤S2中，所述提拉的速率为1～2mm/s；所述干燥的温度为0～120℃。
优选地，步骤S3中，所述含有磷酸根离子的模拟体液中，加入的磷酸盐为可溶性磷酸盐，选自磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸钾、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵中的至少一种；所述磷酸根离子的浓度为0M～饱和溶液。
优选地，步骤S3中，所述反应的压力为常压～30MPa；
以每cm3的表面负载有含有钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合中间涂层的镁铜合金计，所述含有磷酸根离子的模拟体液的用量为45～50ml。
本发明以具有较强抗感染性能的镁铜合金为金属基体(使用含铜质量比为0.1-0.5％的镁铜合金基体)，利用生物矿化方法在其表面合成制备了具有类似天然骨取向排列结构的纳米磷灰石涂层，并同时引入具有抗感染性能的壳聚糖成分，得到一种具有纳米取向结构的壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料(CHMCs)，一方面通过取向壳聚糖/磷灰石涂层的制备延缓镁铜合金的降解，使镁铜合金的抗感染作用更为持续和稳定，降低骨关节感染的复发率，同时壳聚糖与镁铜合金协同抗菌将进一步促进材料的抗感染性能；另一方面，在感染得到控制后，镁铜合金可充分发挥其后续诱导成骨、抑制骨溶解的骨组织活性，并与纳米取向结构涂层产生促进骨修复的协同效应，治疗继发于感染的骨质破坏和骨缺损，从而在真正意义上完成骨关节感染的全程治疗。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明将具有类似天然骨纳米取向结构的复合涂层应用于抗感染骨内植物材料，研发兼具良好抗感染性能及骨组织活性的新型骨内植物—壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合內植物材料(CHMCs)，有望克服传统治疗策略局限性。
(2)本发明CHMCs内植物具有多组分生物效应协同作用的独特优势，包括：取向结构纳米涂层与镁铜合金基体的骨修复/抑制骨溶解双向协同效应，壳聚糖成分与镁铜合金基体的抗感染协同效应，以及铜离子降低细菌耐药性以促进抗生素治疗作用的协同效应。
(3)本发明CHMCs具有可降解性。镁铜合金体系具有较低的腐蚀电位，在含有氯离子的人体体液内环境中易发生腐蚀，通过在其表面制备壳聚糖/磷灰石涂层，实现其降解行为可控，腐蚀速度<0.5mm/年，并以缓慢腐蚀的方式在体内完全降解。
(4)本发明CHMCs具备理想的抗感染性能(抑菌效率为92.5±1.7％～98.5±0.7％)，本发明将纯镁和一定比例的铜合成Mg-Cu系镁合金，其可在人体体液中降解的同时向周围组织释放铜离子，可有效预防和治疗内植物周围感染。
(5)CHMCs中的主要金属成分镁和铜都参与骨组织的代谢，并且具有促进骨形成的生物活性，同时铜离子还有一定的成血管活性。尤其适合于制备为骨科内植物生物材料。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明CHMCs材料的合成机理示意图；
图2为本发明实施例1制备的CHMCs内植物表面纳米取向结构特征；其中，图2a为束棒状壳聚糖/磷灰石涂层扫描电镜大体图像；图2b为壳聚糖/磷灰石涂层的束棒状特征图像(俯视图)；图2c为壳聚糖/磷灰石涂层的束棒状特征图像(侧视图)；图2d为壳聚糖/磷灰石涂层的微观形貌图像；
图3为CCK-8法测定实施例1制备的CHMCs内植物对骨髓间充质干细胞增殖、细胞毒性的影响结果；
图4为在CLSM下观测实施例1制备的CHMCs内植物表面的细菌黏附和生物膜形成。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
以下实施例提供了一种壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料(CHMCs)，所述复合内植物材料包括镁铜合金基体和负载在镁铜合金基体表面的磷灰石/壳聚糖复合涂层；所述磷灰石/壳聚糖复合涂层具有纳米取向结构。
所述镁铜合金中，铜的质量百分含量为0.1～0.5％。
以下实施例还提供了一种壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)镁铜合金的制备：将纯镁粉和纯铜粉加入坩埚中进行混合，加热到740～760℃，搅拌5～10min进行精炼；然后降温至680～700℃静置20～40min；将静置后得到的熔融物倒入模具中，即得镁铜合金；将得到的镁铜合金进行研磨、超声清洗和干燥，待用。
(2)配制含有壳聚糖、钙离子和磷酸根离子的溶液：在乙酸溶液中加入壳聚糖，搅拌溶解至清亮透明，所得壳聚糖乙酸溶液中再加入钙盐、磷酸盐搅拌溶解，即得含有壳聚糖、钙离子和磷酸根离子的溶液；
所述乙酸溶液的体积分数为0.1～50vt.％；所得壳聚糖乙酸溶液中，壳聚糖的质量浓度为0.5～10wt％；
所述含有壳聚糖、钙离子和磷酸根离子的溶液中，钙离子的浓度为0.0001M～饱和溶液，磷酸根离子的浓度为0.0001M～饱和溶液；
所述钙离子和磷酸根离子的摩尔比为0.1～5；
所述钙盐为可溶性钙盐，选自氯化钙、硝酸钙、氟化钙中的至少一种；
所述磷酸盐为可溶性磷酸盐，选自磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸钾、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵中的至少一种。
(3)采用浸渍-提拉法制备含有钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合中间涂层：将镁铜合金基体在含有壳聚糖、钙离子和磷酸根离子的溶液中浸泡18～22h，然后提拉出来，再转至去离子水中浸泡1s～2h，再次提拉后，干燥，得表面负载有含有钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合中间涂层的镁铜合金；
所述提拉的速率为1～2mm/s；所述干燥的温度为0～120℃。
(4)采用生物矿化法制备磷灰石/壳聚糖复合涂层：将表面负载有含有钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合中间涂层的镁铜合金置于含有磷酸根离子的模拟体液中，并在115～125℃下水热反应10～14h，然后取出清洗、干燥，得表面负载磷灰石/壳聚糖复合涂层的镁铜合金，即壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料；
所述含有磷酸根离子的模拟体液中，加入的磷酸盐为可溶性磷酸盐，选自磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸钾、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵中的至少一种；所述磷酸根离子的浓度为0M～饱和溶液；
步所述反应的压力为常压～30MPa；
以每cm3的表面负载有含有钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合中间涂层的镁铜合金计，所述含有磷酸根离子的模拟体液的用量为45～50ml。
在上述条件下均能制备得到本发明所述的壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料。以下具体的实施例中不再一一列举。
实施例1
本实施例提供了一种壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料(CHMCs)的制备方法，其合成机理如图1所示，模仿人体硬组织中磷灰石的晶体结构、化学组成和排列方式，以生物矿化法在镁铜合金基体表面构建出具有束棒状纳米取向结构的壳聚糖/磷灰石复合涂层。即先通过浸渍-提拉法在镁铜合金基体表面沉积一层含钙磷的壳聚糖涂层；然后，将含有钙磷的壳聚糖涂层转移到模拟体液中原位转化成纳米壳聚糖/磷灰石复合涂层。
所述制备方法具体包括以下步骤：
(1)含铜(Cu)质量比为0.1wt％镁铜合金金属基体制备：该合金由高纯度镁(99.99％)和铜(99.9％)粉末制成。在高纯石墨坩埚中进行混合、熔炼和铸造过程，并在六氟化硫(SF6，1vol％)和CO2的混合气体中进行保护。镁和铜高纯粉末按照含铜(Cu)质量比为0.1wt％的比例混合，并加热到750℃搅拌5～10min进行精炼，然后降温至680～700℃，所得熔融物在这个温度下静置20～40分钟，然后倒入石墨模具中。此后置于室温环境中。所有样品均用碳化硅(SiC)纸研磨(研磨粒度2000)，用丙酮、无水乙醇和蒸馏水依次超声清洗，最后自然干燥。
(2)配制含有壳聚糖、钙离子与磷酸根离子的溶液：首先配制浓度为0.2v％的乙酸溶液；然后往乙酸溶液中加入一定量的壳聚糖，配置浓度为0.5wt％的壳聚糖乙酸溶液，不断搅拌使其溶解至清亮透明；以Ca(NO3)2为钙盐，以Na2HPO4为磷酸盐，将钙盐、磷酸盐溶于上述含壳聚糖的乙酸溶液中，所得溶液中Ca2+的浓度为5.0mM，PO4 3-的浓度为1.0mM。
(3)以前述镁铜合金金属为基体(含铜质量比为0.1％)，采用浸渍-提拉法制备含有钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合中间涂层：将经过步骤(1)预处理的镁铜合金基体于步骤(2)配制的溶液中浸泡20h，以1mm/s的速率缓慢提拉出来；转至去离子水中浸泡1h，再以1mm/s的速率缓慢提拉；然后于60℃烘箱中密闭静置干燥30min，得复合涂层镁铜合金基体。
(4)制备模拟体液：保持容器中去离子水温度为36℃，按先后顺序，向搅拌的去离子水中加入8.035g NaCl、0.355g NaHCO3、0.225g KCl、0.231g K2HPO4·3H2O、0.311gMgCl2·6H2O、39mL 1.0mol/L的HCl、0.292g CaCl2、0.072g Na2SO4，再用6.118g(CH2OH)3CNH2、1.0mol/L HCl调节溶液的PH为7.4，定容至1000ml，37℃保存、备用。
(5)生物矿化法将镁铜合金表面含钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合涂层转化成具有纳米取向结构的磷灰石/壳聚糖复合涂层：将步骤(3)中得到的复合涂层镁铜合金基体以50ml/cm3的液体用量比例，置于上述步骤(4)制备的含有磷酸根离子的模拟体液中120℃水热反应12h；取出后用去离子水中清洗至PH≈7.3，干燥后镁铜合金表面即得到具有纳米取向束棒状结构的磷灰石/壳聚糖复合涂层(如图2所示)，即壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合內植物材料。
将上述含铜(Cu)质量比为0.1wt％的壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合內植物材料(CHMCs)按需切割为所需形状规格填充于骨关节感染局部、骨髓腔或骨缺损部位。
生物安全性
按照GB/T16886所述实验方法进行生物学评价。实验结果表明，本发明提供的填充材料对骨髓间充质干细胞没有明显的细胞毒性和凝血性，没有明显的致敏、刺激和遗传毒性。如图3所示，采用CCK-8法测定HA(羟基磷灰石)、Ti6Al4V(钛合金)、CHMCs共培养细胞的增殖，其结果显示，CHMCs组与生物相容性极佳的Ti6Al4V(钛合金)组细胞的增值趋势接近，细胞的增值率也无明显差异，且该两组的细胞增殖能力均显著高于单纯且无仿生纳米取向结构的HA(羟基磷灰石)。
力学强度
骨水泥抗压强度及模量：力学实验在室温环境下进行，将制备的CHMCs圆柱体放在试验机内，开动，试验机以20mm/min恒定的十字头速率作形变对负荷的曲线。当圆柱体破裂或已过上屈服点时停机。对于每个圆柱体，记录最先出现的引起圆柱体破裂所施加的力并计算抗压强度。计算5个圆柱体的平均抗压强度。与传统PMMA骨水泥对比，传统PMMA骨水泥的抗压强度为97Mpa，本实施例提供的抗感染内植物的抗压强度为114Mpa；传统PMMA骨水泥的抗压模量为2230Mpa，本实施例提供的抗感染内植物的抗压模量为2470Mpa。
抗菌性能
采用实验菌株：购自美国标准细菌库的表皮葡萄球菌菌株(ATCC 25922)、甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌菌株(ATCC 43300)。抑菌实验按照“JISZ2801-2000《抗菌加工制品-抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T21510-2008《纳米无机材料抗菌性能检测方法》”等标准规定。结果显示，本实施例提供的抗感染内植物的抗菌率为92.5±2.1％，对照组(传统PMMA骨水泥)的抗菌率为2±0.2％。
在CLSM下观测实施例1制备的各组材料表面的细菌黏附和生物膜形成，结果如图4所示。由图4可见，PMMA组材料表面表现出极强的绿色荧光，提示大量细菌生物膜的形成。相反CHMCs组材料表面则显示为极少的细菌黏附，且无明显细菌生物膜的形成。
体内植入实验：
采用SD大鼠(Sprague-Dawley rats)，12周龄，以环锯在颅骨表面磨钻2个颅骨骨缺损区域，大小均为直径5mm的圆形缺损，随机分成A、B两组，每组10只，分别通过在骨缺损处植入本实施例提供的CHMCs内植物(A组)和传统PMMA骨水泥(B组)(内植物规格：Φ5×2mm)。结果显示，A组颅骨骨密度(0.09g/cm3)较B组颅骨骨密度(0.06g/cm3)升高。
实施例2
本实施例提供了一种壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料(CHMCs)的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)含铜(Cu)质量比为0.25wt％镁铜合金金属基体制备：该合金由高纯度镁(99.99％)和铜(99.9％)粉末制成。在高纯石墨坩埚中进行混合、熔炼和铸造过程，并在六氟化硫(SF6，1vol％)和CO2的混合气体中进行保护。镁和铜高纯粉末按照含铜(Cu)质量比为0.25wt％的比例混合，并加热到750℃搅拌5～10min进行精炼，然后降温至680～700℃，所得熔融物在这个温度下静置20～40分钟，然后倒入石墨模具中。此后置于室温环境中。所有样品均用碳化硅(SiC)纸研磨(研磨粒度2000)，用丙酮、无水乙醇和蒸馏水依次超声清洗，最后自然干燥。
(2)配制含有壳聚糖、钙离子与磷酸根离子的溶液：首先配制浓度为0.2v％的乙酸溶液；然后往乙酸溶液中加入一定量的壳聚糖，配置浓度为0.5wt％的壳聚糖乙酸溶液，不断搅拌使其溶解至清亮透明；以Ca(NO3)2为钙盐，以Na2HPO4为磷酸盐，将钙盐、磷酸盐溶于上述含壳聚糖的乙酸溶液中，其中Ca2+的浓度为5.0mM，PO4 3-的浓度为1.0mM。
(3)以前述镁铜合金金属为基体(含铜质量比为0.25％)，采用浸渍-提拉法制备含有钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合中间涂层：将经过步骤(1)预处理的镁铜合金基体于步骤(2)配制的溶液中浸泡20h，以1mm/s的速率缓慢提拉出来；转至去离子水中浸泡1h，再以1mm/s的速率缓慢提拉；然后于60℃烘箱中密闭静置干燥30min。
(4)制备模拟体液：保持容器中去离子水温度为36℃，按先后顺序，向搅拌的去离子水中加入8.035g NaCl、0.355g NaHCO3、0.225g KCl、0.231g K2HPO4·3H2O、0.311gMgCl2·6H2O、39mL 1.0mol/L的HCl、0.292g CaCl2、0.072g Na2SO4，再用6.118g(CH2OH)3CNH2、1.0mol/L HCl调节溶液的PH为7.4，定容至1000ml，37℃保存、备用。
(5)生物矿化法将镁铜合金表面含钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合涂层转化成具有纳米取向结构的磷灰石/壳聚糖复合涂层：将步骤(3)中得到的复合涂层镁铜合金基体以50ml/cm3的液体用量比例，置于上述步骤(4)制备的含有磷酸根离子的模拟体液中120℃水热反应12h；取出后用去离子水中清洗至PH≈7.3，干燥后镁铜合金表面即得到具有纳米取向结构的磷灰石/壳聚糖复合涂层。
将含铜(Cu)质量比为0.25wt％的壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合內植物材料(CHMCs)按需切割为所需形状规格填充于骨关节感染局部、骨髓腔或骨缺损部位。
生物安全性
按照GB/T16886所述实验方法进行生物学评价。实验结果表明，本发明提供的填充材料对骨髓间充质干细胞没有明显的细胞毒性和凝血性，没有明显的致敏、刺激和遗传毒性。
力学强度
骨水泥抗压强度及模量：力学实验在室温环境下进行，将制备的CHMCs圆柱体放在试验机内，开动，试验机以20mm/min恒定的十字头速率作形变对负荷的曲线。当圆柱体破裂或已过上屈服点时停机。对于每个圆柱体，记录最先出现的引起圆柱体破裂所施加的力并计算抗压强度。计算5个圆柱体的平均抗压强度。与传统PMMA骨水泥对比，传统PMMA骨水泥的抗压强度为96Mpa，本实施例提供的CHMCs的抗压强度为112Mpa；传统PMMA骨水泥的抗压模量为2250Mpa，本实施例提供的CHMCs的抗压模量为2435Mpa。
抗菌性能
采用实验菌株：购自美国标准细菌库的表皮葡萄球菌菌株(ATCC 25922)、甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌菌株(ATCC 43300)。抑菌实验按照“JISZ2801-2000《抗菌加工制品-抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T21510-2008《纳米无机材料抗菌性能检测方法》”等标准规定。结果显示，本实施例提供的CHMCs的抗菌率为96.8±1.7％，对照组(传统PMMA骨水泥)的抗菌率为1±0.2％。
体内植入实验：
采用SD大鼠(Sprague-Dawley rats)，12周龄，以环锯在颅骨表面磨钻2个颅骨骨缺损区域，大小均为直径5mm的圆形缺损，随机分成A、B两组，每组10只，分别通过在骨缺损处植入本实施例提供的CHMCs内植物(A组)和传统PMMA骨水泥(B组)(内植物规格：Φ5×2mm)。结果显示，A组颅骨骨密度(0.11g/cm3)较B组颅骨骨密度(0.06g/cm3)升高。
实施例3
本实施例提供了一种壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料(CHMCs)的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)含铜(Cu)质量比为0.5wt％镁铜合金金属基体制备：该合金由高纯度镁(99.99％)和铜(99.9％)粉末制成。在高纯石墨坩埚中进行混合、熔炼和铸造过程，并在六氟化硫(SF6，1vol％)和CO2的混合气体中进行保护。镁和铜高纯粉末按照含铜(Cu)质量比为0.5wt％的比例混合，并加热到750℃，搅拌5～10min进行精炼，然后降温至680～700℃，所得熔融物在这个温度下静置20～40分钟，然后倒入石墨模具中。此后置于室温环境中。所有样品均用碳化硅(SiC)纸研磨(研磨粒度2000)，用丙酮、无水乙醇和蒸馏水依次超声清洗，最后自然干燥。
(2)配制含有壳聚糖、钙离子与磷酸根离子的溶液：首先配制浓度为0.2v％的乙酸溶液；然后往乙酸溶液中加入一定量的壳聚糖，配置浓度为0.5wt％的壳聚糖乙酸溶液，不断搅拌使其溶解至清亮透明；以Ca(NO3)2为钙盐，以Na2HPO4为磷酸盐，将钙盐、磷酸盐溶于上述含壳聚糖的乙酸溶液中，其中Ca2+的浓度为5.0mM，PO4 3-的浓度为1.0mM。
(3)以前述镁铜合金金属为基体(含铜质量比为0.5％)，采用浸渍-提拉法制备含有钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合中间涂层：将经过步骤(1)预处理的镁铜合金基体于步骤(2)配制的溶液中浸泡20h，以1mm/s的速率缓慢提拉出来；转至去离子水中浸泡1h，再以1mm/s的速率缓慢提拉；然后于60℃烘箱中密闭静置干燥30min。
(4)制备模拟体液：保持容器中去离子水温度为36℃，按先后顺序，向搅拌的去离子水中加入8.035g NaCl、0.355g NaHCO3、0.225g KCl、0.231g K2HPO4·3H2O、0.311gMgCl2·6H2O、39mL 1.0mol/L的HCl、0.292g CaCl2、0.072g Na2SO4，再用6.118g(CH2OH)3CNH2、1.0mol/L HCl调节溶液的PH为7.4，定容至1000ml，37℃保存、备用。
(5)生物矿化法将镁铜合金表面含钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合涂层转化成具有纳米取向结构的磷灰石/壳聚糖复合涂层：将步骤(3)中得到的复合涂层镁铜合金基体以50ml/cm3的液体用量比例，置于上述步骤(4)制备的含有磷酸根离子的模拟体液中120℃水热反应12h；取出后用去离子水中清洗至PH≈7.3，干燥后镁铜合金表面即得到具有纳米取向结构的磷灰石/壳聚糖复合涂层。
将含铜(Cu)质量比为0.5wt％的壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合內植物材料(CHMCs)按需切割为所需形状规格填充于骨关节感染局部、骨髓腔或骨缺损部位。
生物安全性
按照GB/T16886所述实验方法进行生物学评价。实验结果表明，本发明提供的填充材料对骨髓间充质干细胞没有明显的细胞毒性和凝血性，没有明显的致敏、刺激和遗传毒性。
力学强度
骨水泥抗压强度及模量：力学实验在室温环境下进行，将制备的CHMCs圆柱体放在试验机内，开动，试验机以20mm/min恒定的十字头速率作形变对负荷的曲线。当圆柱体破裂或已过上屈服点时停机。对于每个圆柱体，记录最先出现的引起圆柱体破裂所施加的力并计算抗压强度。计算5个圆柱体的平均抗压强度。与传统PMMA骨水泥对比，传统PMMA骨水泥的抗压强度为98Mpa，本实施例提供的CHMCs的抗压强度为103Mpa；传统PMMA骨水泥的抗压模量为2180Mpa，本实施例提供的CHMCs的抗压模量为2390Mpa。
抗菌性能
采用实验菌株：购自美国标准细菌库的表皮葡萄球菌菌株(ATCC 25922)、甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌菌株(ATCC 43300)。抑菌实验按照“JISZ2801-2000《抗菌加工制品-抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T21510-2008《纳米无机材料抗菌性能检测方法》”等标准规定。结果显示，本实施例提供的CHMCs的抗菌率为98.5±0.7％，对照组(传统PMMA骨水泥)的抗菌率为0.8±0.1％。
体内植入实验：
采用SD大鼠(Sprague-Dawley rats)，12周龄，以环锯在颅骨表面磨钻2个颅骨骨缺损区域，大小均为直径5mm的圆形缺损，随机分成A、B两组，每组10只，分别通过在骨缺损处植入本实施例提供的CHMCs内植物(A组)和传统PMMA骨水泥(B组)(内植物规格：Φ5×2mm)。结果显示，A组颅骨骨密度(0.12g/cm3)较B组颅骨骨密度(0.06g/cm3)升高。
实施例4
本实施例提供了一种壳聚糖/磷灰石/镁合金复合内植物材料(CHMs)的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)配制含有壳聚糖、钙离子与磷酸根离子的溶液：首先配制浓度为0.2v％的乙酸溶液；然后往乙酸溶液中加入一定量的壳聚糖，配置浓度为0.5wt％的壳聚糖乙酸溶液，不断搅拌使其溶解至清亮透明；以Ca(NO3)2为钙盐，以Na2HPO4为磷酸盐，将钙盐、磷酸盐溶于上述含壳聚糖的乙酸溶液中，其中Ca2+的浓度为5.0mM，PO4 3-的浓度为1.0mM。
(2)以纯镁金属为基体，采用浸渍-提拉法制备含有钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合中间涂层：将经过步骤(1)预处理的镁金属基体于步骤(2)配制的溶液中浸泡20h，以1mm/s的速率缓慢提拉出来；转至去离子水中浸泡1h，再以1mm/s的速率缓慢提拉；然后于60℃烘箱中密闭静置干燥30min。
(3)制备模拟体液：保持容器中去离子水温度为36℃，按先后顺序，向搅拌的去离子水中加入8.035g NaCl、0.355g NaHCO3、0.225g KCl、0.231g K2HPO4·3H2O、0.311gMgCl2·6H2O、39mL 1.0mol/L的HCl、0.292g CaCl2、0.072g Na2SO4，再用6.118g(CH2OH)3CNH2、1.0mol/L HCl调节溶液的PH为7.4，定容至1000ml，37℃保存、备用。
(4)生物矿化法将镁金属表面含钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合涂层转化成具有纳米取向结构的磷灰石/壳聚糖复合涂层：将步骤(3)中得到的复合涂层镁金属基体以50ml/cm3的液体用量比例，置于上述步骤(4)制备的含有磷酸根离子的模拟体液中120℃水热反应12h；取出后用去离子水中清洗至PH≈7.3，干燥后镁金属表面即得到具有纳米取向结构的磷灰石/壳聚糖复合涂层。
将含壳聚糖/磷灰石/镁金属复合內植物材料(CHMs)按需切割为所需形状规格填充于骨关节感染局部、骨髓腔或骨缺损部位。
生物安全性
按照GB/T16886所述实验方法进行生物学评价。实验结果表明，本发明提供的填充材料对骨髓间充质干细胞没有明显的细胞毒性和凝血性，没有明显的致敏、刺激和遗传毒性。
力学强度
骨水泥抗压强度及模量：力学实验在室温环境下进行，将制备的CHMs圆柱体放在试验机内，开动，试验机以20mm/min恒定的十字头速率作形变对负荷的曲线。当圆柱体破裂或已过上屈服点时停机。对于每个圆柱体，记录最先出现的引起圆柱体破裂所施加的力并计算抗压强度。计算5个圆柱体的平均抗压强度。与传统PMMA骨水泥对比，传统PMMA骨水泥的抗压强度为98Mpa，本实施例提供的CHMCs的抗压强度为119Mpa；传统PMMA骨水泥的抗压模量为2180Mpa，本实施例提供的CHMCs的抗压模量为2470Mpa。
抗菌性能
采用实验菌株：购自美国标准细菌库的表皮葡萄球菌菌株(ATCC 25922)、甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌菌株(ATCC 43300)。抑菌实验按照“JISZ2801-2000《抗菌加工制品-抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T21510-2008《纳米无机材料抗菌性能检测方法》”等标准规定。结果显示，本实施例提供的CHMCs的抗菌率为71.5±0.7％，对照组(传统PMMA骨水泥)的抗菌率为0.9±0.1％。
体内植入实验：
采用SD大鼠(Sprague-Dawley rats)，12周龄，以环锯在颅骨表面磨钻2个颅骨骨缺损区域，大小均为直径5mm的圆形缺损，随机分成A、B两组，每组10只，分别通过在骨缺损处植入本实施例提供的CHMs内植物(A组)和传统PMMA骨水泥(B组)(内植物规格：Φ5×2mm)。结果显示，A组颅骨骨密度(0.11g/cm3)较B组颅骨骨密度(0.05g/cm3)升高。
实施例6
本实施例提供了一种壳聚糖/镁铜合金复合内植物材料(CMCs)的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)含铜(Cu)质量比为0.5wt％镁铜合金金属基体制备：该合金由高纯度镁(99.99％)和铜(99.9％)粉末制成。在高纯石墨坩埚中进行混合、熔炼和铸造过程，并在六氟化硫(SF6，1vol％)和CO2的混合气体中进行保护。镁和铜高纯粉末按照含铜(Cu)质量比为0.5wt％的比例混合，并加热到750℃，搅拌5～10min进行精炼，然后降温至680～700℃，所得熔融物在这个温度下静置20～40分钟，然后倒入石墨模具中。此后置于室温环境中。所有样品均用碳化硅(SiC)纸研磨(研磨粒度2000)，用丙酮、无水乙醇和蒸馏水依次超声清洗，最后自然干燥。
(2)配制含有壳聚糖、钙离子与磷酸根离子的溶液：首先配制浓度为0.2v％的乙酸溶液；然后往乙酸溶液中加入一定量的壳聚糖，配置浓度为0.5wt％的壳聚糖乙酸溶液，不断搅拌使其溶解至清亮透明；以Ca(NO3)2为钙盐，以Na2HPO4为磷酸盐，将钙盐、磷酸盐溶于上述含壳聚糖的乙酸溶液中，其中Ca2+的浓度为5.0mM，PO4 3-的浓度为1.0mM。
(3)以前述镁铜合金金属为基体(含铜质量比为0.5％)，采用浸渍-提拉法制备含有钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合中间涂层：将经过步骤(1)预处理的镁铜合金基体于步骤(2)配制的溶液中浸泡20h，以1mm/s的速率缓慢提拉出来；转至去离子水中浸泡1h，再以1mm/s的速率缓慢提拉；然后于60℃烘箱中密闭静置干燥30min。
将含铜(Cu)质量比为0.5wt％的壳聚糖/镁铜合金复合內植物材料(CMCs)按需切割为所需形状规格填充于骨关节感染局部、骨髓腔或骨缺损部位。
生物安全性
按照GB/T16886所述实验方法进行生物学评价。实验结果表明，本发明提供的填充材料对骨髓间充质干细胞没有明显的细胞毒性和凝血性，没有明显的致敏、刺激和遗传毒性。
力学强度
骨水泥抗压强度及模量：力学实验在室温环境下进行，将制备的CHMCs圆柱体放在试验机内，开动，试验机以20mm/min恒定的十字头速率作形变对负荷的曲线。当圆柱体破裂或已过上屈服点时停机。对于每个圆柱体，记录最先出现的引起圆柱体破裂所施加的力并计算抗压强度。计算5个圆柱体的平均抗压强度。与传统PMMA骨水泥对比，传统PMMA骨水泥的抗压强度为98Mpa，本实施例提供的CHMCs的抗压强度为101Mpa；传统PMMA骨水泥的抗压模量为2180Mpa，本实施例提供的CHMCs的抗压模量为2289Mpa。
抗菌性能
采用实验菌株：购自美国标准细菌库的表皮葡萄球菌菌株(ATCC 25922)、甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌菌株(ATCC 43300)。抑菌实验按照“JISZ2801-2000《抗菌加工制品-抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T21510-2008《纳米无机材料抗菌性能检测方法》”等标准规定。结果显示，本实施例提供的CHMCs的抗菌率为99.5±0.7％，对照组(传统PMMA骨水泥)的抗菌率为0.6±0.08％。
体内植入实验：
采用SD大鼠(Sprague-Dawley rats)，12周龄，以环锯在颅骨表面磨钻2个颅骨骨缺损区域，大小均为直径5mm的圆形缺损，随机分成A、B两组，每组10只，分别通过在骨缺损处植入本实施例提供的CHMCs内植物(A组)和传统PMMA骨水泥(B组)(内植物规格：Φ5×2mm)。结果显示，A组颅骨骨密度(0.08g/cm3)较B组颅骨骨密度(0.05g/cm3)升高。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料，其特征在于，所述复合内植物材料包括镁铜合金基体和负载在镁铜合金基体表面的磷灰石/壳聚糖复合涂层；
所述磷灰石/壳聚糖复合涂层具有纳米取向结构。
2.根据权利要求1所述的壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料，其特征在于，所述镁铜合金中，铜的质量百分含量为0.1～0.5％。
3.根据权利要求2所述的壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料，其特征在于，所述镁铜合金的制备方法包括以下步骤：
A1、将纯镁粉和纯铜粉加入坩埚中进行混合，加热到740～760℃，搅拌5～10min进行精炼；然后降温至680～700℃静置20～40min；
A2、将步骤A1得到的熔融物倒入模具中，即得镁铜合金。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、配制含有壳聚糖、钙离子和磷酸根离子的溶液：在乙酸溶液中加入壳聚糖，搅拌溶解至清亮透明，所得壳聚糖乙酸溶液中再加入钙盐、磷酸盐搅拌溶解，即得含有壳聚糖、钙离子和磷酸根离子的溶液；
S2、采用浸渍-提拉法制备含有钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合中间涂层：将镁铜合金基体在含有壳聚糖、钙离子和磷酸根离子的溶液中浸泡18～22h，然后提拉出来，再转至去离子水中浸泡1s～2h，再次提拉后，干燥，得表面负载有含有钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合中间涂层的镁铜合金；
S3、采用生物矿化法制备磷灰石/壳聚糖复合涂层：将表面负载有含有钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合中间涂层的镁铜合金置于含有磷酸根离子的模拟体液中，并在115～125℃下水热反应10～14h，然后取出清洗、干燥，得表面负载磷灰石/壳聚糖复合涂层的镁铜合金，即壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料。
5.根据权利要求4所述的壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述乙酸溶液的体积分数为0.1～50vt.％；所得壳聚糖乙酸溶液中，壳聚糖的质量浓度为0.5～10wt％。
6.根据权利要求4所述的壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述含有壳聚糖、钙离子和磷酸根离子的溶液中，钙离子的浓度为0.0001M～饱和溶液，磷酸根离子的浓度为0.0001M～饱和溶液；
所述钙离子和磷酸根离子的摩尔比为0.1～5。
7.根据权利要求4或6所述的壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料的制备方法，其特征在于，所述钙盐为可溶性钙盐，选自氯化钙、硝酸钙、氟化钙中的至少一种；
所述磷酸盐为可溶性磷酸盐，选自磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸钾、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵中的至少一种。
8.根据权利要求4所述的壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述提拉的速率为1～2mm/s；所述干燥的温度为0～120℃。
9.根据权利要求4所述的壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述含有磷酸根离子的模拟体液中，加入的磷酸盐为可溶性磷酸盐，选自磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸钾、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵中的至少一种；所述磷酸根离子的浓度为0M～饱和溶液。
10.根据权利要求4所述的壳聚糖/磷灰石/镁铜合金复合内植物材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述反应的压力为常压～30MPa；
以每cm3的表面负载有含有钙离子、磷酸根离子的壳聚糖复合中间涂层的镁铜合金计，所述含有磷酸根离子的模拟体液的用量为45～50ml。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000327313A (ja) * | 1999-05-12 | 2000-11-28 | Mitsuru Akashi | 珪酸化合物に水酸アパタイトを形成した複合体とその製造方法 |
| CN102085387A (zh) * | 2010-12-20 | 2011-06-08 | 苏州奥芮济医疗科技有限公司 | 体内可吸收金属椎间融合器 |
| CN103272269A (zh) * | 2013-05-30 | 2013-09-04 | 上海师范大学 | 羟基磷灰石/壳聚糖复合涂层及其制备方法 |
| CN103394124A (zh) * | 2013-08-01 | 2013-11-20 | 上海师范大学 | 一种有序棒状羟基磷灰石涂层及其制备方法 |
| CN104513922A (zh) * | 2013-09-27 | 2015-04-15 | 上海交通大学医学院附属第九人民医院 | 具有抗菌功能的可体液降解的医用金属材料及其应用 |
-
2022
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000327313A (ja) * | 1999-05-12 | 2000-11-28 | Mitsuru Akashi | 珪酸化合物に水酸アパタイトを形成した複合体とその製造方法 |
| CN102085387A (zh) * | 2010-12-20 | 2011-06-08 | 苏州奥芮济医疗科技有限公司 | 体内可吸收金属椎间融合器 |
| CN103272269A (zh) * | 2013-05-30 | 2013-09-04 | 上海师范大学 | 羟基磷灰石/壳聚糖复合涂层及其制备方法 |
| CN103394124A (zh) * | 2013-08-01 | 2013-11-20 | 上海师范大学 | 一种有序棒状羟基磷灰石涂层及其制备方法 |
| CN104513922A (zh) * | 2013-09-27 | 2015-04-15 | 上海交通大学医学院附属第九人民医院 | 具有抗菌功能的可体液降解的医用金属材料及其应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| YANG LI，ET AL.: "Biodegradable Mg-Cu alloy implants with antibacterial activity for the treatment of osteomyelitis: In vitro and in vivo evaluations" * |
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