本文關(guān)鍵詞：體外骨缺損模型與形狀回復力檢測裝置構(gòu)建及其應用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：利用人工骨修復骨缺損時,常因人工骨與自體骨間存在間隙,或因固定引起應力遮擋等原因?qū)е鹿切迯退俣葴p慢,甚至出現(xiàn)骨不連。形狀記憶聚合物在熱刺激下會發(fā)生形狀改變,并產(chǎn)生形狀回復力。因此,基于形狀記憶聚合物的形狀記憶人工骨(SMP骨)可望完全填充間隙并對骨施加回復應力刺激,從而加速骨缺損修復。SMP骨實現(xiàn)這一功能的關(guān)鍵是其在熱刺激下產(chǎn)生的回復力大小,而回復力大小與形狀回復率密切相關(guān)。因此,定量檢測形狀回復力大小及其與形狀回復率的關(guān)系有重要意義。但是目前尚缺乏可以同時定量檢測形狀回復率和形狀回復力的裝置。另一方面,建立合適的骨缺損模型評價SMP骨的骨缺損修復能力是SMP骨得以臨床應用的前提�，F(xiàn)在應用的骨缺損模型主要是動物臨界骨缺損模型,存在成本高、操作復雜、周期長等特點,實際操作中也不能建立人體骨缺損模型。鑒于此,本論文擬設計和制作一套基于懸臂梁系統(tǒng)的體外骨缺損模型和形狀回復力檢測裝置,使其具備以下功能:①模擬不同大小的骨缺損和不同彈性系數(shù)的自體骨組織(如松質(zhì)骨、密質(zhì)骨,以表征不同年齡、性別、部位或健康狀態(tài)的骨組織力學性能);②定量檢測形狀回復力及其與形狀回復率的定量關(guān)系;③最終模擬檢測不同骨組織在形狀回復力作用下的變形。通過這些功能的實現(xiàn),可以體外優(yōu)選SMP骨的臨時形狀和永久形狀,從而減少動物試驗的數(shù)量,提高動物試驗的成功率和有效率。本論文的主要研究工作和結(jié)果包括:(1)通過理論計算推導基于懸臂梁系統(tǒng)構(gòu)建體外骨缺損模型的基本原理。結(jié)果表明,自體骨組織彈性系數(shù)K與懸臂梁的模量E、寬b、厚度h,以及SMP骨與懸臂梁作用位點距懸臂梁固定端長度a滿足關(guān)系式:=××?3提示:調(diào)整懸臂梁的相關(guān)參數(shù)E、b、h和a,可以模擬不同自體骨的彈性系數(shù),尤其是改變a值可以方便地模擬自體骨狀態(tài)。(2)通過理論計算推導基于懸臂梁系統(tǒng)檢測形狀回復力的基本原理。結(jié)果表明,形狀回復力F與懸臂梁參數(shù)(E、b、h)、懸臂梁末端撓度δ0、a點撓度δa滿足關(guān)系式:0=22提示:通過檢測δ0即可檢測到形狀回復力F、以及F所引起的SMP骨的變形量δa和自體骨的變形量w。(3)在上述理論計算的指導下,設計并加工了一套完整的基于懸臂梁系統(tǒng)的人工骨缺損模型和形狀回復力檢測裝置,主要包括:懸臂梁基座、上/下樣品托、溫度控制箱、基于LVDT(線性差動變壓器)位移傳感器的撓度檢測系統(tǒng)、以及基于Lab VIEW的程序控制系統(tǒng)等。建立了裝置的使用方法和檢測步驟,并對裝置進行了標定和校正。利用所建裝置檢測已知F引起的δ0,發(fā)現(xiàn)實驗測得的彈性系數(shù)Ke值與理論值Kt相當,相對誤差僅為1.735%,從而證明了所構(gòu)建裝置模擬骨缺損的有效性,也進一步證明前述基于懸臂梁系統(tǒng)建立骨缺損模型的原理是正確的。(4)合成并加工了一種形狀記憶聚氨酯(PUU-PPZ),對其結(jié)構(gòu)進行了表征,探索出了一種可有效控制樣條氣泡含量和氧化程度的實驗室加工工藝,加工出了柱狀、片狀和彈簧狀的形狀記憶樣品。(5)以不具有形狀記憶性能的聚乳酸/磷酸三鈣(PLA-TCP)3D多孔支架為對照,檢測了PUU-PPZ柱材的壓縮回復力及其與過程回復率之間的關(guān)系。結(jié)果表明,與PLA-TCP三維支架相比,PUU-PPZ形狀記憶材料的形狀回復力明顯更高;PUUPPZ壓縮回復力隨過程回復率增大而呈下降趨勢。(5)進一步檢測了PUU-PPZ片狀的彎曲回復力。結(jié)果表明,最大彎曲回復力(1.10N)明顯高于最大壓縮回復力(0.86N),與理論推導結(jié)論一致,提示:在SMP人工骨的設計加工中,采用彎曲狀結(jié)構(gòu)(如彈簧狀)可望具有更大的回復力和回復性能。
【關(guān)鍵詞】：形狀記憶人工骨 體外骨缺損模型 形狀回復力 形狀回復率 懸臂梁
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R681;R-332
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 問題提出及研究意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 材料形變力檢測方法和檢測裝置的研究進展10-12
• 1.2.2 骨缺損模型的研究概況12-13
• 1.2.3 懸臂梁系統(tǒng)的應用概況13-14
• 1.3 研究思路及主要研究內(nèi)容14-15
• 1.3.1 研究思路14
• 1.3.2 研究內(nèi)容14-15
• 1.4 本論文的創(chuàng)新點15-16
• 2 體外骨缺損模型和回復力檢測裝置的構(gòu)建與設計16-32
• 2.1 體外骨缺損模型構(gòu)建與回復力檢測的基本原理16-18
• 2.2 體外骨缺損模型和回復力檢測裝置的設計與制作18-26
• 2.2.1 懸臂梁體系簡圖18-20
• 2.2.2 裝置底座設計與制作20-21
• 2.2.3 上、下樣品托設計與制作21-24
• 2.2.4 溫度控制室設計與制作24-26
• 2.3 回復力檢測裝置的標定及校準26-30
• 2.3.1 主要設備26-27
• 2.3.2 檢測裝置的組裝及調(diào)試27-28
• 2.3.3 檢測裝置的定標和驗證28-30
• 2.4 體外骨缺損模型有效性的初步驗證30-32
• 3 材料準備及樣條加工32-42
• 3.1 前言32-33
• 3.2 DL-丙交酯制備33-36
• 3.2.1 實驗耗材與設備33
• 3.2.2 實驗步驟33-35
• 3.2.3 傅里葉變換紅外檢測FTIR35-36
• 3.3 形狀記憶聚氨酯的合成36-38
• 3.3.1 實驗耗材與設備36
• 3.3.2 實驗步驟36-38
• 3.3.3 紅外譜圖及DSC分析38
• 3.4 樣條制備38-41
• 3.4.1 溶劑揮發(fā)法38-39
• 3.4.2 熔融成型39-40
• 3.4.3 改進型熔融成型40-41
• 3.5 小結(jié)41-42
• 4 形狀記憶聚氨酯回復力測試42-53
• 4.1 PLA-TCP 3D多孔支架膨脹力學性能測試42-44
• 4.2 PUU-PPZ圓柱體壓縮回復力的檢測44-46
• 4.3 形狀記憶聚氨酯片材彎曲形狀回復力研究46-52
• 4.4 比較分析52-53
• 5 主要結(jié)論及后續(xù)工作建議53-55
• 5.1 主要結(jié)論53
• 5.2 后續(xù)工作建議53-55
• 致謝55-57
• 參考文獻57-61

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本文編號：275432