生物可降解Zn-ZnMg-Mg梯度合金髓內(nèi)釘研制及其固定股骨干骨折愈合機(jī)理的生物力學(xué)研究.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、交通工具的普及和建筑業(yè)快速發(fā)展，導(dǎo)致車禍、高空墜落等引起的骨折頻發(fā);骨質(zhì)疏松患者和過(guò)于肥胖患者的增多以及人口老齡化進(jìn)程的加快，需要骨缺損治療的患者逐年遞增，對(duì)骨修復(fù)材料及功能重建的需求越來(lái)越多。內(nèi)固定物固定治療骨折是目前臨床主要的常規(guī)方案和技術(shù)手段。本文設(shè)計(jì)了一種生物可降解Zn-ZnMg-Mg梯度合金材料骨科內(nèi)固定物，使其能滿足骨折早期愈合堅(jiān)強(qiáng)固定要求，隨后在體內(nèi)逐漸降解過(guò)渡到動(dòng)態(tài)固定，避免固定骨折部位應(yīng)力遮擋效應(yīng)達(dá)

2、到骨折愈合目的。最終內(nèi)固定物在體內(nèi)失去材料力學(xué)性能被完全吸收，避免二次手術(shù)取出。本文進(jìn)行了生物可降解Zn-ZnMg-Mg梯度合金髓內(nèi)釘研制及其固定股骨干骨折愈合機(jī)理的生物力學(xué)相關(guān)研究。
　　根據(jù)骨折愈合生物力學(xué)機(jī)理對(duì)于材料的需求及鎂、鋅金屬材料降解腐蝕特性，設(shè)計(jì)研制出一種生物可降解Zn-ZnMg-Mg梯度合金。該合金以鎂金屬為基體，通過(guò)粉末擴(kuò)散退火滲鋅的方法在鎂基體表面形成鋅鎂復(fù)合層，再用電鍍法鍍一鋅層。提出了一種制備鎂基表面鍍鋅

3、的工藝，并通過(guò)表面形貌觀察、物相分析、體外浸泡實(shí)驗(yàn)和電化學(xué)測(cè)試，對(duì)其進(jìn)行了層厚測(cè)量、成分檢測(cè)、腐蝕速率評(píng)價(jià)，結(jié)果表明該生物可降解梯度合金材料符合預(yù)期設(shè)計(jì)要求。
　　用力學(xué)測(cè)試及數(shù)值模擬評(píng)價(jià)鐵、鎂、鋅、梯度合金材料及人皮質(zhì)骨的生物力學(xué)性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示各金屬的生物力學(xué)性質(zhì)一致性較高，有限元數(shù)字模擬得出的彈性模量基本符合髓內(nèi)釘材料屬性，梯度合金材料彈性模量低于純鐵的彈性模量，但高于純鎂、純鋅的彈性模量。得出Zn-ZnMg-Mg梯度合金

4、材料力學(xué)性能更優(yōu)，為生物可降解材料的設(shè)計(jì)提供了可靠的力學(xué)參考依據(jù)。
　　建立梯度合金髓內(nèi)釘與鐵制髓內(nèi)釘置入固定大鼠股骨干骨折的模型，通過(guò)大體觀察、影像學(xué)檢查、Micro-CT重建、組織形態(tài)學(xué)及力學(xué)性能測(cè)試等指標(biāo)。檢測(cè)了骨折愈合過(guò)程中不同時(shí)期大鼠骨折部位骨痂及可降解梯度合金髓內(nèi)釘在體內(nèi)的生物學(xué)特性，觀察了生理載荷下大鼠骨折愈合過(guò)程和治療骨折的效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在骨折愈合早期梯度合金組不穩(wěn)定的生物力學(xué)環(huán)境不利于骨折愈合，但通過(guò)骨痂體積

5、的增大代償骨折端的不穩(wěn)，在骨折愈合后期，隨著梯度合金髓內(nèi)釘吸收，骨痂的生物力學(xué)性能和礦化水平明顯提高。
　　對(duì)梯度合金髓內(nèi)釘和鐵制髓內(nèi)釘固定大鼠股骨干骨折進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，模擬了不同時(shí)期骨折愈合和髓內(nèi)釘降解對(duì)骨折愈合的生物力學(xué)影響。得到了大鼠骨折愈合不同時(shí)期的髓內(nèi)釘應(yīng)力及股骨應(yīng)力，在大鼠股骨干骨折愈合早期，梯度合金髓內(nèi)釘應(yīng)力峰值、股骨應(yīng)力峰值及應(yīng)力分布與鐵制髓內(nèi)釘相似，之后梯度合金髓內(nèi)釘應(yīng)力逐漸減小，明顯低于鐵制髓內(nèi)釘。結(jié)果顯示符