使用生物材料修復(fù)受損組織的歷史要追溯到史前,古老的人類已經(jīng)明白如何利用骨頭、動物牙齒甚至木頭等天然有機(jī)和無機(jī)材料來代替器官或部分器官從而改善他們的健康狀況。根據(jù)文獻(xiàn),伊特魯里亞文明（Etruscan civilization）學(xué)會使用動物牙齒和黃金制成的混合材料來彌補(bǔ)患者缺失的牙齒以來,人類使用生物材料已經(jīng)有2600多年的歷史了。生物材料的材質(zhì)隨著人類社會和科技水平的不斷發(fā)展也在不斷地更新?lián)Q代,其種類和功能也越來越豐富。黃金是古老文明中最早使用的“生物材料”之一,有明確證據(jù)顯示2000年前智慧的中國和羅馬人民已經(jīng)學(xué)會使用金子修復(fù)受損的牙齒。隨著當(dāng)今社會創(chuàng)傷,腫瘤,畸形,退化和老齡化的急劇增加,外科重建手術(shù)材料的需求亦是與日俱增。臨床治療效果表明自體骨移植修復(fù)骨缺損療效好,但是供區(qū)的并發(fā)癥和有限的來源限制了其臨床的使用,同種異體骨移植和異種骨移植材料也同樣因存在病原體傳播和免疫反應(yīng)等潛在危險而使矯形外科醫(yī)生在使用中心有余悸。隨著材料技術(shù)的不斷發(fā)展,不銹鋼、鈦合金在骨科領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,當(dāng)人工關(guān)節(jié)假體或鋼板植入到骨缺損或骨折區(qū)域后這些器械提供力學(xué)支撐和結(jié)構(gòu)加固,并且,由于分擔(dān)載荷導(dǎo)致周... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

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骨解剖與顯微解剖結(jié)構(gòu)[14]

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文6成。骨皮質(zhì)是一種分層結(jié)構(gòu)。它有微米級的骨單位，納米級的膠原纖維和低于納米的膠原分子組成（圖1.2），小梁骨或松質(zhì)骨（也稱為海綿骨）比皮質(zhì)骨密度低，表面積大。小梁骨或松質(zhì)骨比皮質(zhì)骨密度低，表面積大，它由相互連接的骨小梁網(wǎng)組成，并由充滿骨髓的空間隔開，長骨、扁平骨和椎骨內(nèi)部由骨小梁填充[14]。骨骼中大部分骨（80%）為皮質(zhì)骨，但不同部位的皮質(zhì)骨和小梁骨的分布不同，例如，長骨遠(yuǎn)端、椎體和跟骨主要由小梁骨組成，而皮質(zhì)骨主要位于長骨的骨干和股骨頸。這些差異與骨骼受力、生理學(xué)和生物力學(xué)作用相關(guān)，因為小梁骨具有較高的表面積，并且重建比皮質(zhì)骨更快，而皮質(zhì)骨的密度更高[17]，具有更強(qiáng)的力學(xué)性能。圖1.2骨在不同長度尺度上的層次結(jié)構(gòu)[18]。Fig1.2Thehierarchicalstructureoftypicalboneatvariouslengthscales[18].1.2.3天然骨生物力學(xué)在19世紀(jì)中后期，研究者提出了工程學(xué)和生物學(xué)相交叉的一種觀念，如JuliusWard(1838)，Wertheim(1847)，VonMeyer(1867)，Culmann(1866)和Rauber(1876)等人研究了骨骼的力學(xué)特征，并提出小梁骨的結(jié)構(gòu)遵循工程學(xué)理念，骨小梁方向按照應(yīng)力線分布。JuliusWoff（1870，1892）和Roux（1885）提出的骨功能相關(guān)理論指出，在骨骼中，骨骼根據(jù)其局部應(yīng)力環(huán)境做出響應(yīng)并重塑[6,7,19]，骨重建理論，或“沃爾夫定律”（Wolff’sLaw）后來被廣泛接受，確立了骨生物學(xué)的中心原則之一，至今仍然是生物力學(xué)的基本原理，這一理論對現(xiàn)代假體的設(shè)計仍有一定的指導(dǎo)意義。為了更加了解骨的生物力學(xué)特征，人民對其進(jìn)行了大量的生物力學(xué)研究，圖1.3a顯示的是皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的應(yīng)力-應(yīng)變曲線[20]，圖1.3b顯示不同密度的小梁骨材料對應(yīng)力應(yīng)變特性的影響[21]，圖中可見皮

第1章緒論7質(zhì)骨和松質(zhì)骨的力學(xué)性能之間具有很大的區(qū)別。松質(zhì)骨組織韌性非常大，但是力學(xué)性能較差，原因可能是骨組織自身的分層結(jié)構(gòu)和多孔結(jié)構(gòu)有關(guān)，而皮質(zhì)骨力學(xué)性能好，韌性差，不容易變形。圖1.3b中的不同密度的小梁骨材料對應(yīng)力應(yīng)變特性的影響結(jié)果顯示骨小梁密度和抗壓能力相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，皮質(zhì)骨的軸向模量在15GPa到25GPa之間[22]，橫軸上有20%的孔隙率其承載能力為8-20MPa。松質(zhì)骨（孔隙率>90%），楊氏模量為100MPa，低于皮質(zhì)骨[17]。小梁骨是一種多孔、結(jié)構(gòu)各向異性、不均勻的材料。小梁骨的力學(xué)特性隨著不同的解剖位置、表觀密度、結(jié)構(gòu)和年齡可明顯不同，由于小梁骨是由一系列相互連接的小梁組成的，它可以理想化為桿-桿、桿-板或板-板結(jié)構(gòu)組合的開放多孔泡沫材料，其中桿和板分別代表薄和厚的小梁。根據(jù)這些基本蜂窩結(jié)構(gòu)的類型和方向，機(jī)械性能可變化10倍[23]。圖1.3人致密骨和松質(zhì)骨的應(yīng)力應(yīng)變曲線[20]（a）和不同密度的小梁骨材料對應(yīng)力應(yīng)變特性的影響[21]（b）。Fig1.3Stress-straincurveforhumancompactboneandcancellousbone[20](a)andeffectofapparentdensityonthematerialorstress-strainpropertiesoftrabecularboneincompression[21].1.3聚醚醚酮生物材料1.3.1聚醚醚酮簡介PAEK是一種于20世紀(jì)80年代工業(yè)化生產(chǎn)的高性能熱塑性聚合物，由芳香族主鏈、酮和醚官能團(tuán)相互連接組成（圖1.4）。聚芳醚酮（PAEK）的生物相容性得到證實[10]以來，聚芳醚酮（PAEK）聚合物被越來越多地用作骨科、創(chuàng)傷和脊柱植入物的生物材料。PEEK作為用于骨科和脊柱植入物的PAEK聚合物家族的一員，其“等彈性”特征受到

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Implant biomaterials: A comprehensive review[J]. Monika Saini,Yashpal Singh,Pooja Arora,Vipin Arora,Krati Jain.  World Journal of Clinical Cases. 2015(01)



本文編號：3404172