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功能材料器件期末报告复合材料骨钉

复合材料活性骨钉

前言

早期植入人体作固定用的骨钉大多使用金属材料所制，作为植入替代损伤的骨骼和固定骨折患者的骨骼发展。有其缺点因为植入体内材料必须有生物相容性，金属材料的骨钉在人体内会有腐蚀的现象，进而影响周围组织，同时也有二次手术取出的问题。

为了克服金属材料骨钉的缺点，开始研究可被人体所吸收的骨钉材料，具有降解性的高分子材料，可自行降解并经由体内之代谢作用，将降解后之分子排到体外，其优点省去手术后二次处理的麻烦，或者当药物用剩后须再施以手术将剩下之高分子基材取出。生医高分子选择必须考虑其力学性质与应用时所需降解时间的长短。理想的生物可降解性高分子必须有不会引发免疫或毒性反应、在达到目的后，可以被人体代谢不会残留、方便加工成型、方便被消毒与储存时间长不易变质的性质。

骨钉的材料以及缺陷

医用骨钉的主要种类：

当下金属材料、陶瓷材料两大类在医用骨钉领域占重要地位，此外生物可降解塑料也占有一席之地。

金属材料和陶瓷材料是国内外较早将其作为人体硬组织修复和植入的一类材料。它具有较好的综合力学性能和优良的加工性能。

1.金属骨钉材料优缺点

早期医用生物骨钉使用钛合金做为替代人工骨骼关节的材料，其材料的耐磨耗性与耐疲劳的机械性能极佳，但其表层有腐蚀的问题。

磷灰石具有相同的组成与结构，是人体骨骼的重要组成部分，因此HAP生物复合材料的合成成为当今的研究趋势之一。

HAP具有优良的生物相容性和生物活性，可以与人体骨细胞直接形成化学结合，并且与其结合后强度高、稳定性好。它作为植入材料可引导新骨的生长，为新骨的形成提供生理支架作用，能与骨组织形成直接的骨性结合。HAP的晶须材料依靠桥接、裂纹偏转和拔出效应来吸收能量，消除裂纹尖端集中的应力来增强生物材料的韧性，所以将晶须状的HAP掺杂到复合材料中，能有效地改善材料的机械力学性能和生物活性，因而引起人们广泛注。在已报道的羟基磷灰石合成方法中。有固相反应法，水热合成法，溶胶一凝胶法及均相沉淀法。均相沉淀法与其他方法相比，最大的优点是能使羟基释放与结晶同步，母液系过饱和度不变，保持在均相体系沉淀，产物直接为晶态，无须烧结晶化，可以减少在烧结过程中难以避免的团聚现象。

制备HAP晶须均采用化工原料，成本较高。以磷矿石为原料制备HAP晶须已经有相关报道。磷矿是中国优势矿产之一，蕴藏量相当丰富。云南是中国磷矿储备的大省。

根据塑料的长期耐热性可以把其分为4组，即长期耐热性在100C以下的通用树脂；130~100C之间的通用工程塑料；250~130C之间的特种工程塑料和250C以上的超耐热工程塑料（一般是指热固性聚酰亚胺树脂）。

如下表：

树脂基体

热固性树脂

环氧

双马来酰亚胺

聚酰亚胺

酚醛

120固化

180固化

使用温度

-55~82

-55~105

-60~177

-60~250

-55~140

-55~120

-60~232

短期达315

-55~177

-55~260

树脂基体

热塑性树脂

聚醚醚酮

聚苯硫醚

聚醚砜

聚砜

使用温度

250

200

180

170

1.聚醚醚酮-羟基磷灰石复合材料：

聚醚醚酮(D0lvetheretherketone，PEEK)的弹性模量与皮质骨的弹性模量接近．并且具有良好的生物相容性、放射线透过性，磁共振扫描不会产生伪影等优点。多年来一直是骨科学专家和材料学专家研究的重点。

AbuBakarMS等[9]将PEEK—HA复合材料植入到动物体内，早期通过对组织化学染色切片观察发现在PEEK—HA复合体孔隙中长入了成熟的骨组织．复合材料界面与骨界面紧密结合．动物体内实验证明PEEK—HA具有良好的生物活性功能虽然PEEK—HA具有良好的生物相容性．但材料的力学特性是否与骨的力学特性相匹配是应用到临床的首要因素在体外力学实验中发现．随着HA含量的增加。PEEK—HA复合材料的拉伸强度和疲劳时间均降低不同HA含量的PEEK—HA复合材料的弹性模量、拉伸强度范围分别为5～7GPa和49～59MPa。虽然PEEK—HA复合材料与骨的力学性能接近．但强度还不能与骨的强度匹配．能否作为承受较大应力的骨科植入物．还需更深入的实验研究。

骨钉制作工艺

制备LP-110型聚乳酸。制备LP-110型聚乳酸Poly(L-lactide)，其黏度0.8~1.49(dl/g)，分子量65,000~170,000Da，其生医塑胶规格见表一所示。HAP羟基磷灰石(Hydroxyapatite),其直径约1.21μm、分子量约