骨替代材料動態(tài)力學相容性研究.pdf

1、隨著科學技術的進步，人造生物材料越來越多的應用于臨床植入人體以替代受損的人體生物組織。羥基磷灰石是一種被廣泛研究的骨替代材料，由于具有良好的生物相容性、無毒性、生物活性及骨傳導性，以及具有與正常骨組織相似的多孔結構和成份，被認為是較理想的骨移植替代材料。 將人工制備的羥基磷灰石植入體內除了要考慮它的生物性能還要考慮它的力學性能，它最終的力學性質能否與活體骨相匹配與植入前的力學性質是緊密相關的。當羥基磷灰石被植入人體后伴隨著被人體

2、降解和吸收，骨組織在其內部生長，它的強度、剛度逐漸增加，最終成為活體骨的一部分。如果最終能與周圍骨組織的力學性質一致，則會與活體骨起到相同的力學作用，稱為力學相容性。否則會引起負作用，若最終的剛度大于活體骨的剛度則會產生應力遮擋，造成周圍骨組織的骨質疏松；若剛度太小則起不到承載作用。 羥基磷灰石植入后能否與周圍骨組織力學相容，與其植入前的力學性質緊密相關。作為研究骨替代材料動態(tài)力學相容性的一個步驟，本文改進了分離式霍普金森壓桿(

3、SHPB)實驗裝置，使它能測試軟材料的動態(tài)力學性能，同時改進了采集和數(shù)據(jù)處理軟件。并應用該實驗系統(tǒng)研究了用水熱交換法取得的羥基磷灰石骨替代材料動態(tài)力學性質，這種羥基磷灰石孔隙度比較適合于骨細胞生長。為了與骨的力學性質對比，同時測量了無有機成份的骨和含有機成份的骨的動態(tài)力學性質，得到了三種試樣在沖擊載荷下的應力-應變曲線，進而分析得到彈性模量，極限應力，破壞應變。測試結果顯示羥基磷灰石的動態(tài)表觀彈性模量平均值為5.94±0.656GPa，

4、極限應力平均值為45.11±2.92MPa；無有機物骨的動態(tài)彈性模量平均值為12.29±1.62GPa，極限應力平均值為115.80±7.80MPa；含有機物骨的動態(tài)彈性模量平均值為15.14±0.44GPa，極限應力平均值為237.8±18.42MPa。說明了骨內膠原纖維能起到結構增強作用。為了模擬羥基磷灰石植入人體內力學性質的變化在羥基磷灰石上培養(yǎng)骨細胞，然后測量動態(tài)力學性質。羥基磷灰石培養(yǎng)骨細胞10天后，動態(tài)表觀彈性模量和極限應力