新型低彈β鈦合金植入物—骨界面成骨效應研究.pdf

1、背景：
　　臨床上作為外科植入用的金屬生物材料中，鈦及鈦合金由于具有優(yōu)良的生物相容性和優(yōu)異的機械性能以及在體液環(huán)境中的耐腐蝕性而獲得了廣泛應用。但植入物與骨之間彈性模量的不匹配問題仍未徹底解決，目前已有的生物醫(yī)用鈦合金由于彈性模量與人骨相比過高，會導致載荷不能由植入物很好地傳遞到相鄰骨組織，出現“應力屏蔽”現象，從而使植入物周圍出現骨吸收，引起內植物松動或斷裂，最終造成植入物的失敗。因此盡可能的將載荷均勻地傳到周圍骨組織，減少“應

2、力屏蔽”效應，是植入物成功與否的重要條件。因而研究具有較低彈性模量的新型生物醫(yī)用鈦合金就成為當前研究的熱點。目前臨床廣泛使用的Ti-6Al-4V彈性模量為110GPa，雖然已經低于不銹鋼的（200Gpa），可相比于人骨骼等硬組織的10-30GPa，仍然較高，近期中國科學院金屬研究所研制的Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn系低彈性模量醫(yī)用鈦合金，彈性模量低至30GPa，更接近皮質骨的彈性模量，而屈服強度達到800-900MPa，明顯優(yōu)于臨

3、床現有的鈦合金材料，有望成為為臨床上替代原有鈦金屬材料的一種新型材料。
　　目的：
　　本研究目的是了解兩種不同彈性模量（Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn，彈性模量30GPa和Ti-6Al-4V，彈性模量110GPa）鈦合金內植物對界面骨形成和界面應力分布的影響。
　　方法：
　　選用成年新西蘭大白兔30只，采用SlaetsE方法于雙側脛骨內側近端植入兩種彈性模量鈦合金植入物，其中左側為低彈組(Ti-24Nb-

4、4Zr-7.9Sn，彈性模量30GPa)，右側為高彈組（Ti-6Al-4V，彈性模量110GPa），分別于術后4、8、12周分別處死9只動物，采用X線、組織學、生物力學及Micro-CT對標本進行評價。Micro-CT檢測指標包括BMD，BVF，SMI，興趣區(qū)選擇以植入物為中心的一個半徑1mm的管狀區(qū)域。組織學監(jiān)測指標包括：骨接觸率(BCR)、骨形成率(BFR)，興趣區(qū)選擇以植入物選擇植入物橫斷面上，以植入物為中心的周圍半徑為0.5mm

5、的環(huán)狀區(qū)域。
　　結果：
　　X線：4、8、12周X線顯示無明顯差異。
　　組織學：4、8、12周組織學切片顯示4、8、12周時低彈組BCR均明顯高于高彈組(P<0.05)。4周時兩組的BFR無顯著性差異（P>0.05），8、12周時低彈組BFR高于高彈組(P<0.05)。
　　Micro-CT：4周時，兩組的BMD，BVF，SMI，AS無顯著性差異（P>0.05），8、12周時低彈組BMD，BVF，SMI，AS

6、均明顯優(yōu)于高彈組(P<0.05)。
　　生物力學檢測：4周時低彈組的Fmax高于高彈組但無顯著性差異(P>0.05)，8、12周時低彈組Fmax明顯高于高彈組(P<0.05)。
　　結論：
　　本研究中，新型低彈β鈦合金Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn內植物，相比于臨床常用的Ti-6Al-4V內植物，能將更多的應力均勻的傳遞到周圍骨組織中去，降低了應力集中效應，減少了骨組織的吸收，有利于植入物-骨界面的新骨形成，提高