【摘 要】
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人口老龄化、肥胖、缺乏锻炼等各种外界因素导致骨病损患者逐年递增,临床上对于骨缺损修复的需求越来越大。骨组织具有一定的自修复能力,然而,对于超过临界尺寸的骨缺损是不能通过自修复完全治愈的,需要置入植入物以恢复正常功能。自体骨和异体骨移植对骨移植有很好的适应性,但由于自体骨数量有限,异体骨安全性不高或有排异反应的影响,不能广泛应用。因此研究人工骨植入物也具有一定的社会意义。目前,在骨植入物选材方面,羟
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（11472185、11772214、11972243）；
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人口老龄化、肥胖、缺乏锻炼等各种外界因素导致骨病损患者逐年递增,临床上对于骨缺损修复的需求越来越大。骨组织具有一定的自修复能力,然而,对于超过临界尺寸的骨缺损是不能通过自修复完全治愈的,需要置入植入物以恢复正常功能。自体骨和异体骨移植对骨移植有很好的适应性,但由于自体骨数量有限,异体骨安全性不高或有排异反应的影响,不能广泛应用。因此研究人工骨植入物也具有一定的社会意义。目前,在骨植入物选材方面,羟基磷灰石（HA）等磷酸钙陶瓷材料因其与人骨的无机组成成分相似,且在植入后能够与骨组织形成良好的骨键合,促进新骨沿着孔隙长入,而被广泛应用。但HA制备的三维多孔结构的植入物力学性能不足、脆性较大等,只适用于非承重性骨替换或骨缺损填充。本文设计植入物结构为蜂窝夹芯结构,这种结构可以减轻重量,增加强度,具有良好的力学性能。通过复合PEGDA/SA增加力学性能,复合HA/COL增加生物相容性,利用光固化3D打印技术制备结构,满足骨植入物力学性能高和生物相容性好两方面要求。本文具体工作如下:1.使用正交试验法,对蜂窝夹芯结构的尺寸效应进行有限元分析。在基于结构内部应力峰值、轴向变形量、前后变形量的三个指标最小的要求下确定较优的结构尺寸组合,再通过受力分析,局部优化植入物整体结构,设计结构稳定及力学性能良好的蜂窝夹芯结构骨植入物;2.利用光固化制备PEGDA水凝胶,并对其固化时间、力学性能等进行测试,探究不同光引发剂含量对PEGDA水凝胶结构及性能的影响。将SA引入PEGDA水凝胶中,利用化学交联结合光交联形成互穿网络结构来改善PEGDA水凝胶的力学性能,制备PEGDA/SA复合水凝胶,对其固化粘度、力学性能等进行测试;3.使用光固化3D打印技术,按照PEGDA/SA复合水凝胶的数据比例,探索3D打印参数的设置对支架成型效果的影响。随后,将HA/COL复合粉末加入到PEGDA/SA复合生物材料中,增加生物相容性。本文进行了蜂窝夹芯结构羟基磷灰石基植入物的设计和制备的研究工作。通过有限元模拟设计出结构稳定且力学性能优良的蜂窝夹芯结构为骨植入物结构,并通过复合材料,改善其力学性能和生物相容性,光固化3D打印制备结构,证明其有望作为骨植入物应用于骨缺损修复领域。本文的研究工作为骨科植入物的设计制备和临床应用提供了一种可行的思路和方法。
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