背景與目的 硅橡膠因具有良好的生物相容性、合適的機械性能、化學惰性及可著色性而廣泛應用于頜面贗復的功能與美學修復,頜面贗復用硅橡膠的相關結(jié)構(gòu)與性能研究已大量深入地開展。然而,傳統(tǒng)頜面贗復硅橡膠在臨床應用方面還有待進一步提高。例如,傳統(tǒng)頜面贗復硅橡膠硬度差、彈性低,使患者有較強的不適感；密度過大使贗復體質(zhì)量過高,固位較差；導熱系數(shù)相對較高,易造成術區(qū)疤痕攣縮；緩沖減振性能較差,無法抵抗長期外力及咀嚼力的沖擊等等。因此,臨床上迫切需要一種質(zhì)輕、高彈、強緩沖減振且低導熱性能的頜面贗復硅橡膠材料。 中空微球為粒徑數(shù)十納米至幾百微米的中空球形顆粒。因其質(zhì)輕、高比表面積、較大的內(nèi)部空間、良好的熱和化學穩(wěn)定性、高阻抗、低透氣性及高彈性,中空微球被大量用作輕質(zhì)填料、高質(zhì)量絕緣材料、阻尼材料、載藥體系等等。 在本研究中,中空微球被首次引入到頜面贗復用硅橡膠體系,以期獲得質(zhì)量更輕、導熱系數(shù)更低且彈性更好的頜面贗復材料。研究考察了不同微球種類以及加入量等對新型頜面贗復用硅橡膠材料的生物安全性能和物理機械性能的影響。 材料與方法 本研究選用美國道康寧公司(Dow Corning, USA)的MDX4-4210雙組份室溫固化醫(yī)用硅橡膠及Q7,-9180硅油稀釋劑(0.65cSt,簡稱Q),瑞典阿克蘇諾貝爾公司(Akzo Nobel, Sweden)的Expancel中空微球(型號461 DET 40 d25)。 首先,將MDX4-4210硅橡膠的基質(zhì)(簡稱MB)用Q稀釋,并在室溫下磁力攪拌10min(轉(zhuǎn)速300rpm)；其次將一定比例的中空微球加入到混合物中攪拌30min(轉(zhuǎn)速800rpm),必要時可再次加入Q稀釋；最后將MDX4-4210硅橡膠的固化劑(簡稱MA)加入混合物中繼續(xù)攪拌10min(轉(zhuǎn)速800rpm)。MB與Q的總質(zhì)量比為1：1,MB與MA的質(zhì)量比參照廠商提供為10：1。隨后將混合物倒入四氟模具,抽真空30min。將模具放入烘箱25℃靜置4h以使稀釋劑緩慢揮發(fā),避免氣泡產(chǎn)生。然后升溫至60℃固化2h。將固化后的硅橡膠從模具中取出,自封袋密封放置24h后進行相關性能測試。 輕質(zhì)中空微球填充硅橡膠的生物安全性評價選用了細胞毒性試驗(分子濾過法),試驗方法參照標準ISO 7405：1997。 用光學顯微鏡(OLYMPUS-BX51, Japan)在透射模式下觀察中空微球,并對中空微球、未填充微球硅橡膠及拉伸測試后輕質(zhì)中空微球填充硅橡膠的斷面進行掃描電鏡(JSM-6700F, JEOL)觀察。用自制的接觸角儀測試未填充微球硅橡膠及輕質(zhì)中空微球填充硅橡膠暴露于空氣面及與四氟模具接觸面的接觸角,所有測試表面均至少測試五個點取平均值,水滴為5μL 密度測試使用密度儀(ULTRAPYC 1200e, USA)進行,每種混合物選取至少三個樣條取平均值。 導熱系數(shù)測試采用物理性能測試系統(tǒng)(PPMS-9T, Quantum Design),樣品需制備成5mm×5mm×3mm大小,測試溫度范圍為300～320K,升溫速率為0.3K/min。 邵氏A硬度參照標準ISO 7619-1：2004使用邵氏A硬度計(SLX-A,SUNDOO)測試。每種混合物至少測試三個樣品(30mm×30mm×6mm)。 緩沖減振性能采用動態(tài)機械分析儀(DMA 800, TA Instruments)測試。樣條寬8mm,厚1mm,長30mm,薄膜拉伸模式,測試溫度范圍為-140℃～20℃,升溫速率5℃/min,頻率1Hz,振幅10μm。 拉伸和撕裂性能測試分別參照ISO 37：2005和ISO 34-1：2004標準使用萬能測試儀(3365, INSTRON)測試,橫梁速度500mm/min。 所有數(shù)據(jù)通過One-Way ANOVA (SPSS13.0)進行統(tǒng)計分析。Levene's test進行方差齊性檢驗(α=0.1)。如果具有方差齊性(P0.1),使用Bonferroni post-hoctest進行分析；如果方差不齊(P0.1),使用Dunnett's T3 post-hoc test進行分析。本研究所有測試結(jié)果方差齊性分析均為方差不齊,選用Dunnett's T3 post-hoc test分析,檢驗水準α=0.05。P0.05,數(shù)據(jù)間差異有統(tǒng)計學意義；P0.05,數(shù)據(jù)間差異無統(tǒng)計學意義。 結(jié)果 Expancel中空微球加入到MDX4-4210硅橡膠充分攪拌均勻并固化后,獲得了表面光滑、內(nèi)部無氣泡的輕質(zhì)中空微球填充硅橡膠材料。當填充的體積分數(shù)低于15%時,中空微球在硅橡膠中分散均勻；當填充的體積分數(shù)增大到30%時,硅橡膠內(nèi)部的部分微球開始團聚。 細胞毒性試驗結(jié)果顯示輕質(zhì)中空微球具有良好的生物相容性,細胞毒性為0級,但在投入使用前,還需進一步的動物及臨床驗證。 疏水的表面可以使硅橡膠很好地與外界粉塵、體液等污染隔絕。MDX4-4210硅橡膠和Expancel中空微球均具有疏水的表面,平均接觸角均大于90°。不同填充比例的輕質(zhì)中空微球填充硅橡膠均具有疏水的表面,暴露于空氣面和接觸聚四氟乙烯模具的平均表面接觸角也都大于90°。由此可見,中空微球分散于硅橡膠內(nèi)部,復合材料仍具有疏水的表面。但是,疏水的表面也使材料粘結(jié)效果較差,最終贗復體的邊緣粘結(jié)部位還需進行進一步的表面改性。 頜面贗復材料的密度直接影響患者的舒適度和滿意度。過重的贗復體將導致與人體的固位較差。Expancel小球為閉孔小球,內(nèi)部封裝氣體,加入硅橡膠后,材料密度明顯降低。微球加入量越多,復合材料密度下降越多。因此,輕質(zhì)中空微球填充硅橡膠所制作的贗復體將輕于未填充微球硅橡膠制作的贗復體,可以使患者獲得較好的舒適度。 復合材料的導熱系數(shù)由材料類型、大小、填料的填載量及基質(zhì)和填料本身的導熱性能所決定。硅橡膠的導熱系數(shù)為0.20W/K-m。低導熱系數(shù)的贗復材料可以避免剩余組織的疤痕攣縮。研究發(fā)現(xiàn),未填充微球硅橡膠的導熱系數(shù)為0.21W/K·m,中空微球體積分數(shù)為5%,15%,30%的復合材料導熱系數(shù)分別為0.20,0.17和0.13W/K·m。由于微球與硅橡膠基質(zhì)的接觸界面使得熱傳導路徑增長,同時中空微球中存在大量空氣使得材料導熱系數(shù)較低,因此隨著微球比例的增大,復合材料的導熱系數(shù)逐漸降低。 硅橡膠的柔軟度及彈性對患者的舒適度有直接影響。邵氏A硬度的研究結(jié)果顯示,隨著中空微球填充量的增加,復合材料的硬度呈現(xiàn)先降低后升高的現(xiàn)象。這可能是由于填料的引入影響了材料的交聯(lián)密度。當填料濃度較低時,微球分散于硅橡膠連續(xù)相中,降低了有機硅分子鏈間的交聯(lián)密度,導致復合材料整體硬度下降；而當填料濃度增高到一定程度時,微球彼此相互接觸,復合材料中形成了微球-有機硅雙連續(xù)相結(jié)構(gòu),復合材料中微球連續(xù)相的高模量對于材料的貢獻高于硅橡膠相,因此復合材料的硬度有所增加。 贗復體長期受到面部肌群運動及其他外力作用,因此頜面贗復材料需要有良好的緩沖減振性能。高損耗因子和寬阻尼溫域說明材料具有較高的緩沖減振性能。體積分數(shù)為5%的輕質(zhì)中空微球填充硅橡膠具有高損耗模量、低儲能模量,導致其損耗因子輕微增加,說明加入適量的輕質(zhì)中空微球填充硅橡膠可以獲得較好的緩沖減振性能。 良好的物理機械性能是頜面贗復用硅橡膠材料的基本要素。本研究中,為使中空微球能在硅橡膠中達到良好的分散、二者均勻混合,使用了大量的稀釋劑,這將使硅橡膠的交聯(lián)密度大大降低并導致復合材料力學性能顯著下降。所有樣品均在相同的基質(zhì)/稀釋劑比例下制備,平行比較。 拉伸強度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,這可能是由于填料濃度較低時,填料粒子隨基質(zhì)一起被拉伸,有效截面積增加；而當填料濃度較高時,填料與基質(zhì)間的空隙將成為微缺陷,破壞連續(xù)相,導致有效截面積降低。 扯斷伸長率也隨填料濃度的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,但復合材料的扯斷伸長率要明顯高于未填充微球硅橡膠。當填料濃度為5%v／V時,復合材料呈現(xiàn)最高的扯斷伸長率,為未填充微球硅橡膠的兩倍多。這是由于填料粒子降低了體系的交聯(lián)密度,使得硅橡膠的彈性得到提高。 然而,中空微球的加入使得復合材料的撕裂強度明顯下降。這是由于填料與基質(zhì)的界面結(jié)合不夠牢固,不足以抵抗撕裂的力量。當撕裂發(fā)生時,裂痕不僅沿著預割口延展,還通過填料與基質(zhì)間的微裂隙迅速擴大。結(jié)論 本研究通過將Expancel中空微球混入MDX4-4210硅橡膠獲得了一種生物安全性良好的新型頜面贗復用輕質(zhì)中空微球填充硅橡膠。中空微球在硅橡膠基質(zhì)中分散均勻。研究考察了中空微球不同的比例對復合材料性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),加入中空微球后,材料的密度和導熱系數(shù)均有所降低；扯斷伸長率增高及邵氏硬度降低說明材料的彈性得到了很好的改善,有望極大地提高患者的舒適度；盡管材料整體的力學性能有所降低,但混入體積分數(shù)為5%的中空微球時緩沖減振性能及拉伸性能得到增強�？傮w而言,輕質(zhì)中空微球填充硅橡膠較好地增進和改善了現(xiàn)有硅橡膠贗復材料的功能,特別是體積分數(shù)為5%的輕質(zhì)中空微球填充硅橡膠具備了質(zhì)輕、柔軟、高彈及生物安全性能。同時,中空微球填入硅橡膠改性為中空微球載藥、實現(xiàn)贗復材料的抑菌或抗菌功效提供了可能。
【學位單位】：南方醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2011
【中圖分類】：R782;R318.08
【部分圖文】：

5T3post一 hoetest分析，檢驗水準a一0.05。P<0.os，數(shù)據(jù)間差異有統(tǒng)計學意義;幾0.05，數(shù)據(jù)間差異無統(tǒng)計學意義。圖3一2 F19·3一2拉仲性能測試樣條參數(shù)(單位:毫米) SamPlesizeoftensilestrength(nim)~F_//二刀7T了。/刀22(3一l)其中，T為試樣的拉伸強度(單位:MPa)，F(xiàn)m為實驗過程記錄的最大力(單位:N)，W為試樣狹窄部分的寬度(單位:mm)，t為試驗長度部分的厚度(單位:mm)。二一‘O0(4一呱(3一2)其中，Eb為扯斷伸長率(單位:%)，Lb為斷裂時的試驗長度(單位:mm)，L。為初始試驗長度(單位:~)。

乃一另(3一3)其中，Ts為撕裂強度(單位:kN/m)，F(xiàn)為試樣撕裂時所需要的力(單位:N)，d為試樣厚度的中位數(shù)(單位:~)。3.2結(jié)果3，2.1輕質(zhì)中空微球填充硅橡膠的界面結(jié)構(gòu)分析光學顯微鏡及電鏡觀察顯示，e微球為中空的薄壁小球，具有較為一致的粒徑/殼厚比(圖3一4a一b)。微球的平均粒徑為40娜。掃描電鏡及接觸角測試結(jié)果如圖3一4(c一O，e微球可以均勻地混入硅橡膠獲得光滑、無氣泡的輕質(zhì)中空微球填充硅橡膠。從各種不同比例的混合物斷面電鏡照片可以看到，當無中空微球加入時，未填充微球的M硅橡膠為光滑、無氣泡的截面;當混入體積分數(shù)為5%巧%時，中空微球可以在硅橡膠中均勻地分散;而當混入體積分數(shù)增大到30%

表3一2密度測試結(jié)果Table3一2DensityofsilieoneelastornerfilledwithvariousamountofhollowmicrosphereS樣品代號樣本量密度(g/em，)_一一一一一一一一一一一-----M一P61.35士0.16EM一5一p41.15士0.08EM一15一PEM一30一P41.03士0.02*40.80士0.04*F43.569P(0.001注:*與M一p組對照，p<0.05。Note:*vs.M一P，尸<0.05.
【參考文獻】

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本文編號：2865652