C-C-PDMS-CA復(fù)合材料用于人工小關(guān)節(jié)假體的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、目的：測試C/C-PDMS-CA新型復(fù)合材料的力學(xué)性能和生物相容性情況，并進(jìn)行動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，評價(jià)其作為人工小關(guān)節(jié)假體材料的可行性。
　　方法：1、C/C-PDMS-CA新型復(fù)合材料的制備及表征：采用溶劑凍干揮發(fā)法，將C/C材料浸于PDMS溶液中冰浴10h，取出并于55℃的電子烘干箱中烘干5h，制得C/C-PDMS復(fù)合材料。將C/C-PDMS復(fù)合材料于CA溶液中浸泡10h，用流動(dòng)的雙餾水沖洗三遍后，得到C/C-PDMS-CA復(fù)合材料

2、。將C/C-PDMS-CA復(fù)合材料進(jìn)行 X射線光電子能譜（XPS）檢測，對材料表面的化學(xué)元素組成進(jìn)行鑒定分析；使用掃描電子顯微鏡掃描，觀察三種材料的表面情況，并在親水角測量儀中測量三種材料的親水角，以確定PDMS及PDMS-CA在C/C材料表面的修飾情況。
　　2、力學(xué)性能測試：將相同規(guī)格尺寸的 C/C材料、C/C-PDMS復(fù)合材料及C/C-PDMS-CA復(fù)合材料放置于電子萬能試驗(yàn)機(jī)上，每組各10例，分別進(jìn)行抗彎、抗壓測試。另將三

3、組放于摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行摩擦磨損測試，分析各組的力學(xué)性能。
　　3、生物相容性及抑菌性測試：將滅菌處理后的三組材料置于48孔板底部，加入0.2ml復(fù)蘇后的小鼠胚胎成纖維細(xì)胞（3T3）進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，于4h、24h兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)觀察每種材料表面的細(xì)胞數(shù)量及形態(tài)。另取三組材料于48孔板中，加入培育好的大腸桿菌進(jìn)行培養(yǎng)，在3h、6h內(nèi)觀察大腸桿菌的數(shù)量及形態(tài)變化，分析各組材料的抑菌性能。
　　4、動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)：將24只3月大、體重為

4、1.5～2kg的新西蘭大白兔隨機(jī)分為4組，雌雄各半，設(shè)置為空白組、對照組、實(shí)驗(yàn)組1、實(shí)驗(yàn)組2。麻醉處理后，使用牙科鉆在兔脛骨內(nèi)側(cè)髁關(guān)節(jié)面處沿脛骨長軸鉆一直徑為4mm、深10mm的孔洞。將滅菌后的柱狀C/C材料、C/C-PDMS材料及C/C-PDMS-CA材料分別填充至對照組、實(shí)驗(yàn)組1和實(shí)驗(yàn)組2孔洞中，空白組不填充任何材料，逐層縫合，分籠飼養(yǎng)。在術(shù)后第3周、第6周及第9周分別檢測各組假體的骨密度，并拍攝X線片及掃描CT，對CT影像進(jìn)行三維

5、建模后，觀察各組假體與周圍骨組織的的生長情況。第9周將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物處死，觀察假體周圍的骨溶解情況。
　　結(jié)果：1、C/C-PDMS-CA合材料的表征：XPS圖譜顯示，與C/C材料相比， C/C-PDMS材料及C/C-PDMS-CA材料表面的C元素含量減少、O及Si元素含量增加；掃描電鏡顯示C/C材料表面為簇狀聚集的球形C顆粒，顆粒間的空隙較大，C/C-PDMS材料及C/C-PDMS-CA材料表面均呈現(xiàn)光滑、有線狀規(guī)則條紋的紋理，無空隙

6、產(chǎn)生。親水角測試顯示 C/C-PDMS材料的親水角最大， C/C-PDMS-CA材料其次，C/C材料的親水角最小。
　　2、力學(xué)性能測試：C/C-PDMS材料組與C/C-PDMS-CA材料組在抗彎性能、抗壓性能及抗磨損性能方面無明顯變化（p＞0.05），但均優(yōu)于C/C材料組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p＜0.05）。
　　3、生物相容性試驗(yàn)：細(xì)胞貼附方面，在第4h、24h時(shí)各組材料表面的3T3細(xì)胞數(shù)量均逐漸增加，且 C/C-PDM

7、S-CA材料組的細(xì)胞數(shù)量變化最為明顯， C/C-PDMS材料組數(shù)量變化最小。同一時(shí)間點(diǎn)內(nèi)，C/C-PDMS-CA材料組的細(xì)胞數(shù)量最多，細(xì)胞形狀正常，呈現(xiàn)規(guī)則的梭形。其次為 C/C材料組，C/C-PDMS材料組的細(xì)胞數(shù)量最少，且細(xì)胞形狀多為圓形、橢圓形。抑菌性方面，在第3h、6h時(shí)各組材料表面的大腸桿菌數(shù)量均逐漸增加，C/C材料組細(xì)菌數(shù)增加最為明顯，其次為C/C-PDMS材料組，C/C-PDMS-CA材料組大腸桿菌數(shù)量變化最小。相同時(shí)間點(diǎn)

8、內(nèi)，C/C-PDMS-CA材料組大腸桿菌數(shù)量最少，且死亡率最高，明顯優(yōu)于其他兩組（p＜0.05）。
　　4、動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)：術(shù)后動(dòng)物均自然蘇醒，成活良好，飲食正常，創(chuàng)口均Ⅰ期愈合，無紅腫及感染發(fā)生。X線及CT成像顯示，空白組關(guān)節(jié)孔洞內(nèi)壁光滑、洞口部分骨質(zhì)吸收。對照組孔洞處有較多的骨小梁密集分布，實(shí)驗(yàn)組1骨小梁數(shù)量逐漸減少，孔洞增大。實(shí)驗(yàn)組2骨小梁呈網(wǎng)狀密集分布于孔洞周圍，孔洞較小。骨密度測試顯示：實(shí)驗(yàn)組1骨密度最小，其次為空白組、對

9、照組，實(shí)驗(yàn)組2骨密度最大。處死后取出股骨，可見空白組關(guān)節(jié)缺損孔洞仍有部分凹陷，但表面有部分軟骨組織覆蓋。對照組關(guān)節(jié)假體與周圍骨組織結(jié)合緊密，無突出、松動(dòng)，表面有軟骨組織覆蓋，但軟骨組織被 C/C材料的黑色磨屑染為黑色。實(shí)驗(yàn)組1中關(guān)節(jié)假體表面無軟骨組織覆蓋，與周圍骨組織分界明顯。實(shí)驗(yàn)組2中關(guān)節(jié)假體表面被一層透明、光滑的關(guān)節(jié)軟骨覆蓋，表面無凹陷、假體無松動(dòng)，與周圍骨組織結(jié)合緊密。
　　結(jié)論：C/C-PDMS-CA材料具有較佳的力學(xué)性能