【摘 要】
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骨瘤、骨折、大段骨缺失等疾病一直是临床医学的治疗难点,随着3D打印技术的发展,越来越多的骨植入物通过3D打印技术来帮助临床医学解决各种困难。但是假体置换还有一些问题,比如在髋关节置换手术中,很多原因导致宿主骨与假体植入物接触面的不稳定产生机械损伤、假体松动以及假体周围应力性骨折等问题,最终使假体植入物脱落和异位,这使患者遭受更大的伤害,所以进一步提高假体植入物在宿主体内的稳定性变得非常重要。由于钛
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骨瘤、骨折、大段骨缺失等疾病一直是临床医学的治疗难点,随着3D打印技术的发展,越来越多的骨植入物通过3D打印技术来帮助临床医学解决各种困难。但是假体置换还有一些问题,比如在髋关节置换手术中,很多原因导致宿主骨与假体植入物接触面的不稳定产生机械损伤、假体松动以及假体周围应力性骨折等问题,最终使假体植入物脱落和异位,这使患者遭受更大的伤害,所以进一步提高假体植入物在宿主体内的稳定性变得非常重要。由于钛合金材料卓越的力学和材料属性而被广泛采用于现代医学界,主要用于制造植入假体。本论文使用钛合金Ti-6Al-4V材料通过3D打印技术打印出理论孔径分别为2.5mm、2.0mm、1.75mm的三种样本,首先采用场发射扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜对钛合金样本的孔径、丝径、孔隙率、质量和体积等进行表征,X射线能量色散光谱仪表征钛合金样本中钛、铝、钒元素的含量。而后本论文以小鼠成骨细胞为研究对象,探讨成骨细胞在钛合金样本的生物相容性,其中包括细胞核荧光染色观察到在钛合金样本的外层和内层都生长有成骨细胞,表明成骨细胞能够生长在钛合金样本上;SEM扫描生长在不同孔径钛合金样本上的成骨细胞的表面形貌,发现依附不同样本表面成骨细胞的铺展状态各不相同;细胞增殖检测实验(MTT)检测三种孔径在不同时间的增殖能力,表明在培养相同时间时成骨细胞的增殖能力随着孔径的增加而逐渐增加,然而生长在孔径2.5mm的钛合金样本的成骨细胞的增殖能力最强,在培养1天、2天、3天和4天后,同一种孔径的增殖能力随着培养时间的增加而增加;茜素红检测成骨细胞在钛合金样本上生长三周时间的矿化能力,结果表明随着孔径的增加矿化能力逐渐增强。本论文使用有限元软件ABAQUS对单个胞元模型进行静力加载,受到集中力时,变形量随着集中力的增加而增加。通过流体动力学仿真(ANSYS FLUENT)模拟多孔支架(单个胞元以及胞元列阵模型)在流动腔内的应力应变状态,得到支架模型的流体剪切力和压力结果。综合各实验所得结果,可以得出成骨细胞均可在三种孔径样本上增殖生长,但在孔径2.5mm样本的生物相容性最好。本论文设计的三维模型结构对髋关节置换手术或其他假体植入手术的研究起到推动作用,在钛合金假体上的细胞实验对钛合金材料在动物体内的生物相容性实验也起到推动作用。
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