微孔涂层植入物与骨组织界面的生物力学关系

探讨两种弹性模量不同的钛、粘合金微孔涂层植入物，对界面损伤的影响和裂纹扩展的规律，比较激孔涂层植入物在松质骨和皮质骨内的生物学固定界面的差异．方法：将标准钛、钻合金材料的微孔涂层试件，分别植入犬股骨大粗隆左右侧，24Wb后取材，测定静态剪切强度极限和观察裂纹扩展规律．将标准的钛合金微孔涂层试件植入犬股骨上段，试件上1／2端位于粗隆部的松质骨内，下1／2端位于股骨的皮质骨内．不同时间取材后，测定松质骨和皮质骨段植入物的静态剪切强度极限．结果：钛合金涂层试件静态剪切强度极限明显高于钻合金（P＜o．o5），静截荷界面初始裂纹萌生，扩展及涂层界面断开较钻合金晚．松质骨内界面静态剪切强度极限与皮质骨差异显著（P＜o．o1），并随时间的延长界面静态剪切强度极限逐渐增大．结论：微孔涂层植入物因弹性模量不同，表现出界面静态剪切强度和裂纹萌生、扩展的差异．选择弹性模量与骨组织相似的人工假体，可降低界面应力集中．微孔涂层植人物在松质骨内，完成生物学固定较皮质骨内快疲劳寿命随时间的延长而增加．

人工关节的生物学固定:微孔涂层植入物与骨组织界面疲劳裂纹的动态观察

目的探讨钛合金、钴合金两种弹性模量不同的微孔涂层植入物对界面损伤的影响,对比界面疲劳裂纹扩展性质的差异。方法将钛合金、钴合金两种不同材料的微孔涂层试件分别植入犬股骨大粗隆左、右侧,24周后取材,分别行静态拉伸剪切试验测定静态剪切强度、扫描电镜疲劳台观察疲劳裂纹扩展规律。结果钛合金涂层试件静态剪切强度明显高于钴合金试件(P<0.05),静截荷界面初始疲劳裂纹萌生,扩展及涂层界面断开较钴合金试件晚。结论微孔涂层植入物因弹性模量不同,表现出界面静态剪切强度和疲劳裂纹萌生、扩展的差异。选择弹性模量与骨组织相似的人工假体,可降低界面应力集中。

微孔涂层植入物与骨组织界面骨小梁的疲劳微观损伤

目的 探讨微孔涂层植入物界面骨小梁的疲劳微观损伤规律。方法 将钛合金微孔涂层试件植入犬股骨大粗隆 ,6月后材取 ,分别行静态拉伸剪切试验测定界面静态剪切应力强度极限 ,用配置疲劳台的扫描电镜动态观察在周期交变载荷下 ,界面骨小梁的疲劳损伤规律。结果 微孔涂层植入物界面静态剪切应力强度极限为 4 2 6 1± 0 372Mpa。骨小梁疲劳损伤规律表现为早期微孔内骨小梁的板层骨变形和裂纹形成 ,中期的应力转移 ,界面外 1mm处的骨小梁损伤 ,晚期的微孔内、外骨小梁碎化 ,胶原纤维脱粘、断裂。结论 6月后微孔涂层生物学固定界面结合牢固 ,界面强度高。疲劳损伤的应力转移现象 ,为损伤修复提供了机会。

骨质疏松及其骨折的局部药物治疗

骨质疏松虽然是一种系统性代谢性骨骼疾病,但其最大的危害却是局部脆性骨折。目前骨质疏松的治疗仍主要依赖于系统用药,但系统用药存在周期长、费用高、治疗依从性差、全身性副作用较大等缺陷。骨质疏松骨折好发部位非常集中,多集中在胸腰段和双髋,随着现代微创介入外科的迅速发展,使得局部治疗骨质疏松成为可能。局部药物治疗可以实现局部促进骨形成或者抑制骨吸收,从而在重点部位起到预防骨折、加速骨折愈合以及增强植入物稳定性的作用,弥补了系统用药的副作用及起效慢等缺点。局部治疗可通过局部注射药物或内植物表面涂层的药物释放以发挥作用,目前有多种呈递系统能够有效搭载并缓释具有生物活性的药物。双膦酸盐、甲状旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)、骨形成蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)、他汀类药物等都是常见的临床前研究药物。此外,靶向核因子κB受体活化因子(receptor activator of nuclear factor kappa-B,RANK)和Wnt通路等生物靶向药也处在研究之中。总之,骨质疏松的局部治疗或能提供新的辅助治疗策略,联合应用系统用药和局部用药,取长补短,是未来治疗骨质疏松的研究及应用方向。

单相、双相及多相离子掺杂的羟基磷灰石研究进展

羟基磷灰石是天然骨组织成分中的重要组成部分,一直是生物医学领域关注和研究的重点。天然骨成分中的磷灰石,是一种结合着多种离子的羟基磷灰石,维持着生命系统的正常生长与发育。本研究阐述了羟基磷灰石的晶体结构;概述了研究者针对羟基磷灰石性能探究,其中包括生物相容性、生物活性、适宜的机械强度、优异的成骨性能和耐腐蚀性能。同时归纳了离子掺杂羟基磷灰石取代位点。在此基础上,重点阐述了近五年来单相、双相以及多相掺杂羟基磷灰石材料的研究,其中包括单相、双相以及多相离子掺杂对羟基磷灰石在结构性能、机械强度、抗菌性、降解性和成骨性等性能的影响,同时简单总结了离子掺杂对机械强度的影响规律。近年来虽然羟基磷灰石生物陶瓷材料在临床上作为植入物涂层、缓释药物的载体、骨移植物代替材料等被应用,但在临床方面广泛运用还面临着许多问题与挑战,所以本文同时展望了离子掺杂羟基磷灰石未来的的发展方向,有望在临床应用及发展方面有一定的指导意义。

Multifunctional hopeite nanocoating on Ti64 substrates by pulsed laser deposition and radio frequency magnetron sputtering for orthopedic implant applications:A comparative study

Functionalized implants demonstrate an upgraded approach in orthopedic implants,aiming to achieve long term success through improved bio integration.Bioceramic coatings with multifunctionality have arisen as an effective substitute for conventional coatings,owing to their combination of various properties that are essential for bio-implants,such as osteointegration and antibacterial character.In the present study,thin hopeite coatings were produced by Pulsed laser deposition(PLD)and radio frequency magnetron sputtering(RFMS)on Ti64 substrates.The obtained hopeite coatings were annealed at 500°C in ambient air and studied in terms of surface morphology,phase composition,surface roughness,adhesion strength,antibacterial efficacy,apatite forming ability,and surface wettability by scanning electron microscope(SEM),X-ray diffraction(XRD),atomic force microscope(AFM),tensometer,fluorescence-activated cell sorting(FACS),simulated body fluid(SBF)immersion test and contact angle goniometer,respectively.Furthermore,based on promising results obtained in the present work it can be summarized that the new generation multifunctional hopeite coating synthesized by two alternative new process routes of PLD and RFMS on Ti64 substrates,provides effective alternatives to conventional coatings,largely attributed to strong osteointegration and antibacterial character of deposited hopeite coating ensuring the overall stability of metallic orthopedic implants.