【摘要】：背景和目的我國每年僅用于骨科、口腔科的內(nèi)植入器械市值約超過200億元,而針對復雜的硬組織形態(tài)與功能異常,目前的標準植入器械無法準確重建和修復,亟需研發(fā)個性化植入器械。傳統(tǒng)的植入假體材料如不銹鋼、鈦合金本身不具備特異性的生物學功能,骨傳導與骨誘導能力低,且不具備與病損部位相匹配的幾何外形和力學性能,不能有效地實現(xiàn)骨組織的再生修復。因此,若能研發(fā)兼具個性化形態(tài)結(jié)構(gòu)和生物功能的植入器械,有望極大地提高骨修復的治療效果。內(nèi)容與方法本論文根據(jù)臨床骨修復的需要,我們希望通過3D打印技術和表面功能化改性技術制備可以滿足不同病人或疾病治療中對植入器械內(nèi)部結(jié)構(gòu)、力學性能、尤其是生物學功能的個性化需求,旨在提高骨修復的治療效果,主要分為兩部分:第一部分:利用金屬3D打印技術制備具有個性化空間結(jié)構(gòu)的多孔鈦合金支架,研究孔隙結(jié)構(gòu)對支架力學和生物學性能的影響,最后對支架進行表面功能化改性,利用真空蒸鍍法制備可降解鎂金屬涂層,研究鎂涂層的降解行為和成骨性能。第二部分:在可降解鎂合金材料表面制備唑來膦酸/鈣磷復合功能涂層,整合鎂促成骨和唑來膦酸抑制破骨的生物學功能,制備用于骨質(zhì)疏松性骨折修復的個性化植入器械,研究其藥物釋放規(guī)律、生物學效應、降解行為和骨折干預效果及機制。結(jié)果金屬3D打印技術可以制備具有梯度孔隙大小(300~400μm、400~500μm以及500~700μm)的多孔鈦合金支架,力學實驗和體內(nèi)、外實驗結(jié)果表明孔徑大小為300~400μm的多孔鈦合金支架具有最優(yōu)力學和生物學性能,通過促進骨髓間充質(zhì)干細胞的黏附及成骨分化,可以獲得滿意的山羊跖骨大段骨缺損的修復效果。對支架進行鎂涂層表面改性后,體內(nèi)、外實驗結(jié)果表明可以進一步地提高成骨性能。利用表面功能化改性技術在鎂合金表面制備唑來膦酸/鈣磷復合功能涂層,體內(nèi)、外實驗結(jié)果表明,該復合材料具有可控、均勻的降解模式,可以實現(xiàn)藥物的緩慢釋放,在體外其降解產(chǎn)物具有促進骨質(zhì)疏松大鼠骨髓間充質(zhì)干細胞成骨分化的能力,同時,還具備抑制鼠破骨細胞形成的能力;在體內(nèi)可以促進軟骨化骨過程中新生軟骨的生成和抑制骨痂改建期破骨細胞的形成,提升骨痂力學強度和骨折愈合質(zhì)量,并滿足骨折愈合所需的力學支撐。結(jié)論我們利用金屬3D打印技術和表面功能化改性技術,制備了用于復雜骨缺損或骨質(zhì)疏松性骨折修復的個性化表面功能化多孔鈦合金支架或鎂合金復合材料,為骨修復的理論研究和臨床治療提供了嶄新的思路和方法。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R318.08;R68
【圖文】：

上海交通大學博士學位論文利用 CAD 軟件設計三種不同孔徑大小的多孔鈦合金支架模型，設計孔徑大小分別為 300~400μm、400~500μm 以及 500~700μm，多孔結(jié)構(gòu)單元采用鉆石結(jié)構(gòu)，如圖 1a 所示。將 CAD 模型輸入 EBM 系統(tǒng)，利用 Arcam A1 金屬打印機制備不同孔徑大小的多孔鈦合金支架。電子束能量設定為 300W，平均打印溫度約680°C，掃描速度為 400mm/s，打印過程中采用氦氣保護。另外，采用 EBM 技術制備相同外形大�。ǜ叨� 2mm；直徑 10mm）的實心支架作為后續(xù)體外實驗的對照組。采用重量法測量不同孔徑大小多孔鈦合金支架的孔隙率，孔隙率=（實心支架重量-多孔支架重量）/實心支架重量×100% [15]。采用 Image J 1.48 軟件分析多孔鈦合金支架的實際孔徑大小。

上海交通大學博士學位論文1.3 結(jié)果1.3.1 EBM 技術可以完成梯度孔徑大小多孔鈦合金支架的制備圖 2 所示為通過 EBM 技術制備的實心鈦合金支架以及不同孔徑大�。�300~400μm、400~500μm 以及 500~700μm）的多孔鈦合金支架實物圖。由圖中可見，通過 EBM 技術可以完成以上設計孔徑大小的多孔鈦合金支架的制備，各多孔組表面均可以形成孔洞結(jié)構(gòu)。

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