發(fā)布時(shí)間：2018-04-05 23:25

  本文選題：多孔鈦合金　切入點(diǎn)：骨長入　出處：《第四軍醫(yī)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：研究背景創(chuàng)傷,腫瘤及退行性變等原因造成的骨組織缺損的修復(fù)是骨科醫(yī)生臨床工作的難點(diǎn)問題。盡管自體骨移植一直是骨組織修復(fù)的金標(biāo)準(zhǔn),但由于受限于取骨量和供區(qū)損傷等因素,自體骨移植無法完全滿足臨床的需求。隨著材料科學(xué)和制備技術(shù)的發(fā)展,人們努力實(shí)現(xiàn)用人工骨材料替代自體骨材料,近年來已有多種人工骨移植替代材料用于臨床,解決了許多臨床問題。然而,在承重部位,單純使用生物活性陶瓷等可降解人工骨材料難以滿足力學(xué)的要求。有研究者試圖采用多孔金屬材料(如多孔鉭股骨頭支撐棒和多孔鈦?zhàn)甸g融合器等)來滿足骨填充修復(fù)和力學(xué)穩(wěn)定要求,但單純金屬材料的惰性特性使骨長入出現(xiàn)障礙。因此研發(fā)一種既具有良好的骨修復(fù)能力,同時(shí)又具有較高的機(jī)械強(qiáng)度的新型人工骨移植替代材料將對(duì)臨床問題的解決起到促進(jìn)作用。本研究利用先進(jìn)的3D金屬打印技術(shù)—電子束熔融技術(shù)(Electron Beam Melting,EBM),通過精確控制材料內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu),在保證機(jī)械強(qiáng)度的前提下制備出彈性模量與骨組織更加匹配的多孔鈦合金材料,通過等離子噴涂技術(shù)在多孔鈦合金金屬小梁表面構(gòu)建具有生物活性的羥基磷灰石(Hydroxyapatite HA)涂層,由此將金屬材料的高機(jī)械強(qiáng)度和生物活性陶瓷的骨傳導(dǎo)特性有機(jī)結(jié)合,力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)承重部位骨修復(fù)替代材料的應(yīng)用要求。目的1.通過EBM技術(shù)設(shè)計(jì)制備具備高孔隙率、大孔徑、力學(xué)性能與骨組織相匹配的多孔鈦合金植入棒,檢測(cè)評(píng)價(jià)其孔隙結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能;2.應(yīng)用等離子噴涂技術(shù)在多孔鈦合金植入棒金屬骨小梁表面復(fù)合HA涂層,檢測(cè)其表面特征,評(píng)價(jià)涂層制備效果;3.采用羊股骨髁骨缺損修復(fù)模型,評(píng)價(jià)復(fù)合HA涂層的多孔鈦合金植入棒和未復(fù)合涂層的多孔鈦合金植入棒兩種材料的骨長入及骨整合效果,對(duì)比研究等離子噴涂HA涂層后能否改善多孔鈦合金材料的骨長入和骨整合能力。方法1.多孔鈦合金植入棒的制備和檢測(cè):采用CAD軟件Materialise/MagicsTM設(shè)計(jì)建立多孔鈦合金植入棒的三維模型,將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入EBM設(shè)備,通過計(jì)算機(jī)控制逐層熔融Ti6Al4V粉末,最終制備出內(nèi)外結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)相同的多孔鈦合金試樣,通過微計(jì)算機(jī)斷層掃描及力學(xué)檢測(cè),對(duì)制備的多孔鈦合金植入棒的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)分析;2.多孔鈦合金植入棒的表面處理:采用等離子噴涂技術(shù)在制備好的多孔鈦合金植入棒金屬骨小梁表面制備HA涂層,通過電子顯微鏡掃描、能譜分析、激光共聚焦顯微鏡等設(shè)備和方法對(duì)復(fù)合HA涂層及未復(fù)合涂層的兩種多孔鈦合金植入棒進(jìn)行表面特征檢測(cè);3.大動(dòng)物骨埋植實(shí)驗(yàn):在6只雌性成年小尾寒羊雙后肢股骨遠(yuǎn)端外側(cè)髁部建立直徑10mm,深度20mm的圓柱形骨缺損模型,隨機(jī)植入復(fù)合HA涂層的多孔鈦合金植入棒及未復(fù)合HA涂層的多孔鈦合金植入棒,術(shù)后2個(gè)月、4個(gè)月取材,影像學(xué)和組織學(xué)方法評(píng)價(jià),對(duì)照研究?jī)煞N植入棒孔隙內(nèi)新骨長入和材料界面骨整合情況。結(jié)果1.多孔鈦合金植入棒制備及表面HA噴涂結(jié)果采用EBM制備的多孔鈦合金植入棒具備較高的孔隙率(69±5%),三維貫通的孔隙結(jié)構(gòu),孔徑為514±35μm,金屬小梁直徑為238±23μm。力學(xué)檢測(cè)結(jié)果顯示,其壓縮強(qiáng)度為90±2MPa,彈性模量為3.2±0.3GPa。能譜分析顯示,等離子噴涂HA涂層后,多孔鈦合金淺層金屬小梁表面具備Ca、P等活性元素,但材料深部金屬小梁表面仍存在Ti、Al等基體元素。激光共聚焦顯微鏡檢測(cè)顯示復(fù)合HA涂層的多孔鈦合金表面(Ra值8.45±0.80μm)較未涂層的多孔鈦合金更粗糙(Ra值4.95±1.26μm)。2.大動(dòng)物骨內(nèi)埋植后新骨長入和骨整合結(jié)果取材標(biāo)本Micro-CT檢測(cè)發(fā)現(xiàn),不同時(shí)間點(diǎn)兩種材料周圍均可見新生骨生成,2個(gè)月時(shí),HA涂層組的骨體積分?jǐn)?shù)(9.32±0.72%)顯著高于單純多孔鈦合金材料組(5.13±1.73%),4個(gè)月時(shí),HA涂層組材料內(nèi)部的骨體積分?jǐn)?shù)增加到了(17.68±3.49%),遠(yuǎn)高于單純多孔鈦合金材料組(6.29±2.11%)。組織學(xué)結(jié)果顯示,術(shù)后2個(gè)月,HA涂層組的礦化骨面積百分比(8.26±0.35%)顯著高于單純多孔鈦合金材料組(5.40±1.51%),術(shù)后4個(gè)月,HA涂層組的礦化骨面積百分比顯著升高(19.78±1.46%),明顯高于單純多孔鈦合金組的礦化骨面積百分比(5.70±0.85%),兩者間存在顯著差異(P0.05)。結(jié)合Micro-CT和組織學(xué)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn):HA涂層組的材料內(nèi)部骨長入量在兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)均高于單純多孔鈦合金組,等離子噴涂制備HA涂層對(duì)于促進(jìn)周圍骨組織長入多孔鈦合金材料內(nèi)部有明顯促進(jìn)作用。組織學(xué)觀察可見,未復(fù)合HA涂層的多孔鈦合金植入物與周圍的骨組織之間存在縫隙,復(fù)合HA涂層的多孔鈦合金材料與新生的骨組織結(jié)合緊密,表現(xiàn)出良好的骨整合能力。結(jié)論1.EBM制備的多孔鈦合金植入棒在孔隙結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能兩方面均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求;2.等離子噴涂技術(shù)可以在多孔鈦合金植入棒金屬骨小梁表面構(gòu)建活性HA涂層;3.大動(dòng)物體內(nèi)埋植實(shí)驗(yàn)顯示,復(fù)合HA涂層的多孔鈦合金植入棒在材料內(nèi)部的新骨長入量和材料與骨之間的骨整合效果均優(yōu)于未復(fù)合HA涂層的多孔鈦合金植入棒;4.表面噴涂HA的多孔鈦合金材料有望成為結(jié)構(gòu)性骨缺損理想的修復(fù)替代材料。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R687;R318.08

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