生物可降解Zn-ZnMg-Mg梯度合金髓內(nèi)釘研制及其固定股骨干骨折愈合機理的生物力學(xué)研究.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展、交通工具的普及和建筑業(yè)快速發(fā)展，導(dǎo)致車禍、高空墜落等引起的骨折頻發(fā);骨質(zhì)疏松患者和過于肥胖患者的增多以及人口老齡化進程的加快，需要骨缺損治療的患者逐年遞增，對骨修復(fù)材料及功能重建的需求越來越多。內(nèi)固定物固定治療骨折是目前臨床主要的常規(guī)方案和技術(shù)手段。本文設(shè)計了一種生物可降解Zn-ZnMg-Mg梯度合金材料骨科內(nèi)固定物，使其能滿足骨折早期愈合堅強固定要求，隨后在體內(nèi)逐漸降解過渡到動態(tài)固定，避免固定骨折部位應(yīng)力遮擋效應(yīng)達

2、到骨折愈合目的。最終內(nèi)固定物在體內(nèi)失去材料力學(xué)性能被完全吸收，避免二次手術(shù)取出。本文進行了生物可降解Zn-ZnMg-Mg梯度合金髓內(nèi)釘研制及其固定股骨干骨折愈合機理的生物力學(xué)相關(guān)研究。
　　根據(jù)骨折愈合生物力學(xué)機理對于材料的需求及鎂、鋅金屬材料降解腐蝕特性，設(shè)計研制出一種生物可降解Zn-ZnMg-Mg梯度合金。該合金以鎂金屬為基體，通過粉末擴散退火滲鋅的方法在鎂基體表面形成鋅鎂復(fù)合層，再用電鍍法鍍一鋅層。提出了一種制備鎂基表面鍍鋅

3、的工藝，并通過表面形貌觀察、物相分析、體外浸泡實驗和電化學(xué)測試，對其進行了層厚測量、成分檢測、腐蝕速率評價，結(jié)果表明該生物可降解梯度合金材料符合預(yù)期設(shè)計要求。
　　用力學(xué)測試及數(shù)值模擬評價鐵、鎂、鋅、梯度合金材料及人皮質(zhì)骨的生物力學(xué)性能，實驗結(jié)果顯示各金屬的生物力學(xué)性質(zhì)一致性較高，有限元數(shù)字模擬得出的彈性模量基本符合髓內(nèi)釘材料屬性，梯度合金材料彈性模量低于純鐵的彈性模量，但高于純鎂、純鋅的彈性模量。得出Zn-ZnMg-Mg梯度合金

4、材料力學(xué)性能更優(yōu)，為生物可降解材料的設(shè)計提供了可靠的力學(xué)參考依據(jù)。
　　建立梯度合金髓內(nèi)釘與鐵制髓內(nèi)釘置入固定大鼠股骨干骨折的模型，通過大體觀察、影像學(xué)檢查、Micro-CT重建、組織形態(tài)學(xué)及力學(xué)性能測試等指標。檢測了骨折愈合過程中不同時期大鼠骨折部位骨痂及可降解梯度合金髓內(nèi)釘在體內(nèi)的生物學(xué)特性，觀察了生理載荷下大鼠骨折愈合過程和治療骨折的效果，實驗結(jié)果顯示在骨折愈合早期梯度合金組不穩(wěn)定的生物力學(xué)環(huán)境不利于骨折愈合，但通過骨痂體積

5、的增大代償骨折端的不穩(wěn)，在骨折愈合后期，隨著梯度合金髓內(nèi)釘吸收，骨痂的生物力學(xué)性能和礦化水平明顯提高。
　　對梯度合金髓內(nèi)釘和鐵制髓內(nèi)釘固定大鼠股骨干骨折進行數(shù)值仿真計算，模擬了不同時期骨折愈合和髓內(nèi)釘降解對骨折愈合的生物力學(xué)影響。得到了大鼠骨折愈合不同時期的髓內(nèi)釘應(yīng)力及股骨應(yīng)力，在大鼠股骨干骨折愈合早期，梯度合金髓內(nèi)釘應(yīng)力峰值、股骨應(yīng)力峰值及應(yīng)力分布與鐵制髓內(nèi)釘相似，之后梯度合金髓內(nèi)釘應(yīng)力逐漸減小，明顯低于鐵制髓內(nèi)釘。結(jié)果顯示符