骨替代材料動(dòng)態(tài)力學(xué)相容性研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人造生物材料越來(lái)越多的應(yīng)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(wú)毒性、生物活性及骨傳導(dǎo)性，以及具有與正常骨組織相似的多孔結(jié)構(gòu)和成份，被認(rèn)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(nèi)除了要考慮它的生物性能還要考慮它的力學(xué)性能，它最終的力學(xué)性質(zhì)能否與活體骨相匹配與植入前的力學(xué)性質(zhì)是緊密相關(guān)的。當(dāng)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(nèi)部生長(zhǎng)，它的強(qiáng)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(xué)性質(zhì)一致，則會(huì)與活體骨起到相同的力學(xué)作用，稱為力學(xué)相容性。否則會(huì)引起負(fù)作用，若最終的剛度大于活體骨的剛度則會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力遮擋，造成周圍骨組織的骨質(zhì)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(xué)相容，與其植入前的力學(xué)性質(zhì)緊密相關(guān)。作為研究骨替代材料動(dòng)態(tài)力學(xué)相容性的一個(gè)步驟，本文改進(jìn)了分離式霍普金森壓桿(

3、SHPB)實(shí)驗(yàn)裝置，使它能測(cè)試軟材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，同時(shí)改進(jìn)了采集和數(shù)據(jù)處理軟件。并應(yīng)用該實(shí)驗(yàn)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(dòng)態(tài)力學(xué)性質(zhì)，這種羥基磷灰石孔隙度比較適合于骨細(xì)胞生長(zhǎng)。為了與骨的力學(xué)性質(zhì)對(duì)比，同時(shí)測(cè)量了無(wú)有機(jī)成份的骨和含有機(jī)成份的骨的動(dòng)態(tài)力學(xué)性質(zhì)，得到了三種試樣在沖擊載荷下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，進(jìn)而分析得到彈性模量，極限應(yīng)力，破壞應(yīng)變。測(cè)試結(jié)果顯示羥基磷灰石的動(dòng)態(tài)表觀彈性模量平均值為5.94±0.656GPa，

4、極限應(yīng)力平均值為45.11±2.92MPa；無(wú)有機(jī)物骨的動(dòng)態(tài)彈性模量平均值為12.29±1.62GPa，極限應(yīng)力平均值為115.80±7.80MPa；含有機(jī)物骨的動(dòng)態(tài)彈性模量平均值為15.14±0.44GPa，極限應(yīng)力平均值為237.8±18.42MPa。說(shuō)明了骨內(nèi)膠原纖維能起到結(jié)構(gòu)增強(qiáng)作用。為了模擬羥基磷灰石植入人體內(nèi)力學(xué)性質(zhì)的變化在羥基磷灰石上培養(yǎng)骨細(xì)胞，然后測(cè)量動(dòng)態(tài)力學(xué)性質(zhì)。羥基磷灰石培養(yǎng)骨細(xì)胞10天后，動(dòng)態(tài)表觀彈性模量和極限應(yīng)力