羟基磷灰石骨替代材料的静态力学相容性研究

论文摘要

羟基磷灰石是一种被广泛研究的骨替代材料,由于具有良好的生物相容性、无毒性、生物活性及骨传导性,以及具有与正常骨组织相似的多孔结构和成份,被认为是较理想的骨移植替代材料。将人工制备的羟基磷灰石植入体内除了要考虑它的生物性能还要考虑它的力学性能。当羟基磷灰石被植入人体后伴随着被人体降解和吸收,骨组织在其内部生长,它的强度、刚度逐渐增加,最终成为活体骨的一部分。如果最终能与周围骨组织的力学性质一致,则会与活体骨起到相同的力学作用,可以称为力学相容性。否则会引起负作用,若最终的刚度大于活体骨的刚度则会引起应力遮挡骨吸收,造成周围骨组织的骨质疏松;若刚度太小则起不到承载作用。为研究羟基磷灰石骨替代材料静态力学相容性,本文采用数字图像相关方法研究了用水热交换法制成的羟基磷灰石骨替代材料静态力学性质,这种羟基磷灰石孔隙度比较适合于骨细胞生长。得到了羟基磷灰石完整的应力-应变曲线;在测量弹性模量的同时也得到了泊松比,还测量了压缩极限应力。同时还测量了无有机成份的骨和含有机成份的骨的静态力学性质。测试结果显示羟基磷灰石的静态表观弹性模量平均值为10.91±0.89GPa;泊松比为0.244±0.025,极限应力平均值为14.04±2.01MPa;无有机成份骨的静态弹性模量平均值为12.66±1.78GPa,泊松比为0.132±0.033。极限应力平均值为42.33±2.43MPa;含有机成份骨的静态弹性模量平均值为20.35±1.58GPa,泊松比为0.222±0.035,极限应力平均值为207.06±7.14MPa。为了模拟羟基磷灰石植入体内力学性质变化,在羟基磷灰石表面培养骨细胞10天;将羟基磷灰石植入大白鼠的皮下（与骨组织和软组织接触）经20、40、60天取出,然后测量静态力学性质。发现骨细胞和纤维组织均能使羟基磷灰石材料的弹性模量和强度增加。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 羟基磷灰石材料的研究进展
• 1.2.1 羟基磷灰石材料的应用
• 1.2.2 羟基磷灰石的复合材料
• 1.3 本文研究的目的、方法及主要工作
• 第二章 测试分析的原理与方法
• 2.1 概述
• 2.2 数字图像相关方法的原理
• 2.3 多孔材料的力学性质
• 2.4 颗粒（夹杂）复合材料的有效弹性模量
• 第三章 采用数字图像相关方法测量静态力学性质
• 3.1 试样
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 制备
• 3.2 实验装置
• 3.2.1 羟基磷灰石的特点
• 3.2.2 实验装置
• 3.3 基于图像相关方法测量静态力学性质
• 3.3.1 在均匀变形下提高图像相关方法测量应变的精度
• 3.3.2 有效性验证
• 3.3.3 测试实现
• 第四章 羟基磷灰石静态力学相容性测试结果与分析
• 4.1 概述
• 4.2 羟基磷灰石测试结果及分析
• 4.3 骨测试结果及分析
• 4.4 无有机成份的骨测试结果及分析
• 4.5 三种试样静态实验结果比较分析
• 4.6 羟基磷灰石刚度相容性分析
• 4.7 表面培养骨细胞的羟基磷灰石测试结果及分析
• 4.8 植入大白鼠皮下20 天后取出的羟基磷灰石测试结果及分析
• 4.9 植入大白鼠皮下40 天后取出的羟基磷灰石测试结果及分析
• 4.10 植入大白鼠皮下60 天后取出的羟基磷灰石测试结果及分析
• 4.11 植入大白鼠皮下的羟基磷灰石力学性质随时间变化情况
• 4.12 附录
• 第五章 总结
• 5.1 工作总结
• 5.2 主要结论
• 5.3 进一步的工作
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢