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镍钛合金钛与钛铌涂层防止Ni2+析出的体内实验研究
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【医学教育论文】作者：李永滨 孙明学 卢世璧【关键词】 Ni2+,摘要：［目的］探讨镍钛合金(NiTi)表面金属钛(Ti)、钛铌合金(TiNb)涂层后对Ni2+析出的影响。［方法］成年犬18只，随机分为4组，NiTi组、Ti涂层组、TiNb涂层组各5只，空白组3只，分别于骶棘肌内和股骨内植入立方体试件和圆柱型试件各10枚，12个月后处死取材，用石墨炉原子吸收仪分别检测心、肝、脾，肺、肾、脑、骨、鼻咽粘膜、血液、肌肉、试件周围的骨组织和肌肉组织的Nit2+含量。［结果］非修饰的NiTi组试件周围的骨组织和肌肉组织的Ni2+含量与同组同种组织、异组同种组织的Ni2+含量有显著差异(P＜005)。［结论］本试验初步证明，NiTi表面金属钛、钛铌合金涂层起到了防止Ni2+析出的作用。
关键词：镍钛合金；钛；钛铌；Ni2+；析出；体内
Surface coating of Nitinol of titanium or titaniumniobium alloy to prevent separation of Ni2+ in vivo
Abstract：［Objective］To investigate the influence of modifying the surface of Nitinol by the coating of titanium or titaniumniobium alloy on separation of Nii2+ in vivo［Method］Eighteen adult dogs were divided randomly into 4 groups:Niti (5 dogs),Ti (5 dogs),TiNb (5 dogs),blank (3 dogs)Ten pieces of cubic implantation were put into sacrospinalis and 10 pieces of cylinder ones were put into femurs in each dog,the materials were obtained by sacrificing the dogs 12 months after the experiment,and the concentration of Nii2+ in hearts,livers,spleens,lungs,kidneys,brains,bones,mucous membrane of snasopharynx,bloods,muscles,tissues of bone near implantation and tissues of muscle near implantation were measured by atomic absorption spectrometry (GFAAS)［Result］Obvious difference (P＜005)of the concentration of Nii2+ were found between the tissues in the group of NiTi and the tissues in other groups［Conclusion］The experiment preliminarily proves that the coating of Ti or TiNb on the surface of Nitinol could stop separating Nii2+ from Nitinol
Key words：Nitinol; Titanium; TitaniumNiobium alloy; Ni2+; Separation
镍钛合金(以下简称NiTi)具有其它金属类材料无可比拟的特性――超弹性和形状记忆性能，然而，镍的致敏性和可疑的致癌性使人们对其安全性产生疑虑。目前国内外主要解决办法是采用不同工艺、不同材料进行表面修饰，以提高其生物安全度。本实验以NiTi为基体，用等离子喷涂技术表面金属钛、钛铌合金涂层，以犬为实验动物，将不同形状试件植入犬的体内，1 a后处死取材，观察各脏器或组织Ni2+含量，以观察涂层对防止Ni2+析出效果。
1 材料和方法
11 材料
材料植入前预处理，主要仪器和试剂、检测步骤、溶液制备和曲线绘制、统计学处理与上期《钛、钛铌涂层修饰对防止镍钛合金Ni2+析出的影响》基本相同。但本实验增加了柱形植入体，直径4 mm，长12 mm，基体和涂层成分和工艺与上述立方体相同。因本实验是检测有机物Ni2+含量，除了标准液之外，本试验增加了有机物质控液――猪肝，来自国家标物局。
12 实验动物选择及分组
成年杂种狗18只，雌雄各半，体重（15±2）kg。随机分为4组，NiTi组、Ti组、TiNb组各5只，空白组3只。
13 体内植入方法
氯氨酮等复合静脉麻醉，取左或右大腿外侧切口，长约12～15 cm，切开皮肤和皮下组织分离肌肉，暴露股骨，采用手动骨钻，钻头直径4 mm，在股骨外侧皮质垂直钻孔，生理盐水同时冲洗冷却，间距10～15 cm，深度10～12 cm,切勿穿透对侧骨皮质，每只犬植入柱形试件10枚。另取腰椎后正中切口，长约10～12 cm，轻轻分离骶棘肌，埋入立方体试件，每侧5枚，共10枚，相距25～30 cm,深度12 cm。庆大霉素8万u,1次/d，肌注，共3 d。分笼饲养，食物中严禁含有金属元素。
14 取材
术后第12个月末，氯氨酮麻醉后放血办法处死动物。取材原则：(1)对乏氧敏感的器官迅速取材，4％甲醛溶液固定，以免细胞变性影响组织学观察；(2)取材量充分，增加样本可重复性及剔出不合格样本；(3)避免金属器械与待测样本接触，因不锈钢含有10%～14%的镍元素，以免造成镍的污染，本实验用陶瓷刀；(4)取下的组织或器官用双蒸水冲洗以免受血渍污染；(5)各组织或器官用聚乙烯塑料薄膜袋封装防止彼此污染，并迅速送深低温冰箱冷冻；(6)样本检测采用干重法，排除了水污染(冲洗、暴露时间等)。每只犬所取的组织或器官有心、肝、脾、肺、肾、脑、骨、鼻咽粘膜、肌肉、血液、试件周围的骨组织和肌肉组织共计12个。送检前在冷冻干燥机内干燥7 d。取出后封装迅速送检。骨组织本实验取整个跟骨，以免造成加工时金属镍的污染。血样采用IntrocanW静脉穿刺针，且弃去第1管可能带来轻微污染的血液。然后离心取血清，出现溶血剔出。
2 结果
21 Ni2+的检出限、定量下限、回收率以及实验的精、准确度同《钛、钛铌涂层修饰对防止镍钛合金Ni2+析出的影响》。
22 标准曲线及加入法标准曲线
将不同浓度的标准液加入石墨炉中检测，绘制成标准曲线。将肝、肾、试件周围的肌肉组织和试件周围的骨组织灰化后制备的待测液200 μl加入标准液中，分别绘制各自的标准加入法曲线，结果见图1~4。
23 各器官或组织中Ni2+含量
实验后的12个月处死动物取材，检测各器官或组织中Ni2+含量，并用指控样(国家标物中心，猪肝)进行校正，结果见表1。 表1 器官或组织中Ni2+含量(略)
周围骨组织和植入体周围肌肉组织的标准曲线和加入法标准曲线，下方斜线是标准曲线，上方是加表曲线，斜率和决定系数已于绘图时给出。
3 讨论
石墨炉原子吸收光谱法灵敏度高，取样量少，特别适用于生物材料中金属元素的测定〔1〕。但生物材料基体复杂，含量较低，容易对检测结果产生干扰，给测定带来了一定的难度。测定过程需要严格控制化学干扰以及分子吸收干扰〔2〕。本试验利用较长干燥和灰化时间，用Mg(NO3)2作为基体改进剂，用氘灯校正背景吸收等措施来降低干扰。
31 空白液的意义
基体改进剂的意义和灰化温度的选择，实验的精、准确度，同上期《钛、钛铌涂层修饰对防止镍钛合金Ni2+析出的影响》。
32 标准曲线及加入法标准曲线的意义
由图1~4可见，标准曲线和加入法标准曲线，斜率波动较小(00 422～00 511)，R2接近于10，二者基本为平行线，表明生物样本灰化较彻底，有机物并没明显干扰Ni2+的测定，表明检验结果是较为准确的。
33 各器官或组织中Ni2+含量
从表1可得出如下结论：(1)Ni2+含量无论在试件周围的骨组织还是在试件周围的肌肉组织都与同组同类组织、异组同类组织具有显著差异(P＜005)；(2)NiTi组肝、肾组织Ni2+含量分别是空白组的16和24倍；(3)Ti组、TiNb组、空白组之间均无显著差异。分析结论(1)的原因，可能与试件在体内的磨损有关，虽然NiTi耐磨性较好，但磨损不可避免。Lee、Mabrey和Benz等通过光镜和电镜观测发现，被吞噬的金属颗粒90％＜1μm，较大颗粒不能被吞噬细胞吞噬，只能被多核巨细胞包裹。界膜中金属含量是正常的3~4倍，可能与较大颗粒不能被吞噬，而被多核巨细胞包裹，形成局部的金属高含量有关。此外，镍在高级动物是否为必需元素尚有争议，因此其代谢机理尚未明了，也就是说，镍微粒通过胞饮机理进入细胞内，而细胞内溶酶体能否将其消化是该问题的关键，如能将其消化，镍的微粒被分解吸收，否则将对被吞噬的细胞产生毒性，使胞膜破裂，镍的微粒被重新释放到细胞外，然后再被吞噬，形成恶性循环，同时破裂的细胞将细胞内的细胞因子释放到细胞外，使局部纤维化。结论(2)中，虽然犬的肝、肾组织中Ni2+含量分别是空白组的16倍和24倍，但本试验检测的是痕量元素，差别不到一个数量级，可能和多种因素有关，无统计学意义，实际意义有待进一步研究。结论(3)中，经过Ti、TiNb涂层修饰后，试件周围的骨组织和试件周围的肌肉组织并未检测到高浓度的Ni2+存在，与未涂层的NiTi、Ni2+含量具有显著差异，初步表明涂层是成功的，达到减少或阻止镍的释放效果。
参考文献：
〔1〕线引林，主编.生物材料中有毒物质分析方法手册［M］.北京：人民卫生出版社,1994，29.
〔2〕梁志华，黄捷玲，廖惠玲，等.石墨炉原子吸收光谱法测定生物材料时的抗干扰技术［J］.职业与健康，2004，5(20)：3940.
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