【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(fù)雜的硬組織形態(tài)與功能異常,目前的標(biāo)準(zhǔn)植入器械無法準(zhǔn)確重建和修復(fù),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(xué)功能,骨傳導(dǎo)與骨誘導(dǎo)能力低,且不具備與病損部位相匹配的幾何外形和力學(xué)性能,不能有效地實現(xiàn)骨組織的再生修復(fù)。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(fù)的治療效果。內(nèi)容與方法本論文根據(jù)臨床骨修復(fù)的需要,我們希望通過3D打印技術(shù)和表面功能化改性技術(shù)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(xué)性能、尤其是生物學(xué)功能的個性化需求,旨在提高骨修復(fù)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(shù)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(xué)和生物學(xué)性能的影響,最后對支架進(jìn)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(fù)合功能涂層,整合鎂促成骨和唑來膦酸抑制破骨的生物學(xué)功能,制備用于骨質(zhì)疏松性骨折修復(fù)的個性化植入器械,研究其藥物釋放規(guī)律、生物學(xué)效應(yīng)、降解行為和骨折干預(yù)效果及機(jī)制。結(jié)果金屬3D打印技術(shù)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(xué)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(xué)和生物學(xué)性能,通過促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)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(fù)效果。對支架進(jìn)行鎂涂層表面改性后,體內(nèi)、外實驗結(jié)果表明可以進(jìn)一步地提高成骨性能。利用表面功能化改性技術(shù)在鎂合金表面制備唑來膦酸/鈣磷復(fù)合功能涂層,體內(nèi)、外實驗結(jié)果表明,該復(fù)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(jìn)骨質(zhì)疏松大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞成骨分化的能力,同時,還具備抑制鼠破骨細(xì)胞形成的能力;在體內(nèi)可以促進(jìn)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(xì)胞的形成,提升骨痂力學(xué)強(qiáng)度和骨折愈合質(zhì)量,并滿足骨折愈合所需的力學(xué)支撐。結(jié)論我們利用金屬3D打印技術(shù)和表面功能化改性技術(shù),制備了用于復(fù)雜骨缺損或骨質(zhì)疏松性骨折修復(fù)的個性化表面功能化多孔鈦合金支架或鎂合金復(fù)合材料,為骨修復(fù)的理論研究和臨床治療提供了嶄新的思路和方法。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：R318.08;R68
【圖文】：

上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文利用 CAD 軟件設(shè)計三種不同孔徑大小的多孔鈦合金支架模型，設(shè)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(jī)制備不同孔徑大小的多孔鈦合金支架。電子束能量設(shè)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(hù)。另外，采用 EBM 技術(shù)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(xué)博士學(xué)位論文1.3 結(jié)果1.3.1 EBM 技術(shù)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(shù)制備的實心鈦合金支架以及不同孔徑大小（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(shù)可以完成以上設(shè)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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本文編號：2724172