骨替代材料的流动电位研究

【摘要】： 骨具有力电性质,即骨内应力产生电位的现象—SGPs (stress-generated potentials)。目前认为,骨内应力产生的电位能够促进骨的重建,这在临床医疗方面尤其是对骨折、骨缺损的预防和治疗方面具有重要意义,引起了国内外学者的广泛研究。SGPs产生于两种机理—压电效应和动电现象,骨的动电现象主要是指流动电位。随着生物材料科学和种植学的快速发展,羟基磷灰石(简称HA)等一类骨替代材料开始用于临床。骨替代材料的力电相容性是影响其植入骨后生长效果的重要因素。从材料的角度若骨植入材料的力电性质与骨相容将有利于组织在植入材料内的生长,或者说有利于使骨植入材料成为骨组织的一部分。所以有必要对骨替代材料的力电性质进行研究。 本文通过实验对骨替代材料的流动电位进行了初步性探索。首先,对已有骨流动电位实验系统进行了改进,改进后的实验装置能适合更大孔径试件的测量,并且与原装置相比组装更加简单,也具有更好的密封性。该实验系统既可测试静态加载又可测试动态加载下试件两端的流动电位。 本文测试了三种骨替代材料在不同加载情况下的流动电位。三种材料分别为美国产的羟基磷灰石、中国产羟基磷灰石和碳酸钙。它们除加工工艺不同外,主要是材料微孔结构和孔隙度不一样。 对测试数据进行了分析总结,并与前人所做的骨流动电位测试结果进行了对比。从实验中证实了三种骨替代材料在载荷作用下存在流动电位,而且HA(美国)和CaCO3材料的测试结果与前人对骨的流动电位的测试结果符号一致,幅值接近;对实验数据进行处理,发现稳态压差与相对应的稳态流动电位值呈线性关系,瞬态峰值压差与瞬态电位峰值也呈线性关系,实验结果与理论分析一致;从实验中总结出HA(美国)材料的流动电位随外载荷的变化规律,提出了描述该材料流动电位的数学模型的基本形式;假设经典毛细管流动电位理论公式在此仍然适用,根据该公式,利用测试得到的压强与电位关系曲线斜率计算出HA(美国)和CaCO3材料双电层的zeta电位。