骨內流動電位特性及骨替代材料力學相容性研究.pdf

1、骨具有力電性質，即骨內應力產生電位的現(xiàn)象-SGP(stress-generatedpotentials)，SGP產生于兩種機理-壓電效應和動電現(xiàn)象，骨的動電現(xiàn)象主要是指流動電位。骨內出現(xiàn)流動電位的外部原因是骨受力變形時所引起的壓力驅動骨內哈佛氏管或骨小管內的液體流動而產生的。由于人體經常受動態(tài)載荷作用，研究骨在動態(tài)加載過程中流動電位的變化，更有助于了解骨細胞周圍電環(huán)境的性質。
　　 首先，在位置控制模式下測試了加載速率對骨試樣流

2、動電位的影響，液體壓力隨時間非線性增加，結果發(fā)現(xiàn)隨著加載速率增大，骨內流動電位穩(wěn)定值有減小的趨勢。
　　 為了進一步證實上述結論，完善了骨流動電位測試系統(tǒng)，實現(xiàn)了在特定加載速率下的壓力控制，即以流體壓力為控制參數(shù)實現(xiàn)了液體壓力的恒速加載。對試樣在兩種狀態(tài)下應用五種加載速率進行了測試。一種液體能夠從試樣的各方向孔隙中流出，另一種骨試樣側面全部用硅膠密封液體，流體基本只能從哈佛氏管和福爾克曼氏管中流動。
　　 結果發(fā)現(xiàn)兩種密

3、封情況隨著加載速率提高，流動電位均有減小的趨勢。當加載速率相同時，測得骨試樣外側全部密封時的流動電位穩(wěn)定值比部分密封時減小了至少一半以上，在骨小管中產生的流動電位大于在哈佛氏管中產生的流動電位。
　　 流動電位隨著加載速率的提高而減小的原因是骨內微孔隙內壁非光滑性引起了湍流所致。
　　 為了證明上述結論，利用FLUENT采用數(shù)值模擬的方法分析哈佛氏管中流體的流動狀態(tài)。模擬結果說明，哈佛氏管靠近內壁附近出現(xiàn)湍流，加載速率越

4、高湍流越明顯。加載速率為360kPa/s比26kPa/s的湍流區(qū)域明顯大一些
　　 第二項工作是探索骨替代材料的靜態(tài)力學相容性。為了研究羥基磷灰石植入體內軟組織對其彈性模量的影響，將羥基磷灰石植入大白鼠的皮下(與骨組織和軟組織接觸)20天、40天、60天、80天后將其取出，采用數(shù)字圖像相關方法研究纖維組織對人造羥基磷灰石彈性模量影響。研究結果顯示，羥基磷灰石植入大白鼠皮下20天時的彈性模量有明顯增加，增加幅度為28.83％，之后