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聚醚醚酮(CFPEEK)全髋假体复合材料的实验研究

贾庆卫  
【摘要】: 目的:人工关节假体松动一直是长期困扰人工关节外科领域的 难题,近期的研究表明:导致松动的主因是由刚性金属材料产生的 “应力遮挡”和关节磨屑激活巨噬细胞引发的骨溶解所致。因此研 制低模量、耐磨损的关节材料应是发展的重要方向。以往研制的树 脂基复合材料的低模量特点有希望彻底解决“应力遮挡”问题,但 是也存在耐磨性差,置入体内易产生大量磨屑引发严重的骨溶解和 松动。为解决这一难题,作者在借鉴国外同类研究的基础上,应用 国内材料及先进的成型工艺,研制并获得了力学及生物相容性更为 理想的CFPEEK关节假体材料。并对其耐磨损和生物相容等性进能 行了初步研究。 材料及方法:1、材料研制及磨损实验:采用国产PEEK树脂 及先进的成型工艺,研制成短切碳纤维增强的PEEK复合材料(碳 纤维含量为30%)和连续碳纤维增强的PEEK复合材料(碳纤维含 量为30%),经计算弹性模量分别为44.35Gpa和69.1Gpa。用M-200 磨损试验机,按国家标准在干磨、湿磨环境下测试其耐磨损性能, 并与UHMWPE、钛合金、钴铬钼合金对比。并分0、45、90三种 不同的纤维增强角度对纤维与磨擦界面的最佳角度进行对比研究。 2、兔的骨内柱状体置入实验:将CFPEEK材料置入兔骨12周后, 用柱状体推出实验的方法对材料——骨界面结合强度进行测定,并 与传统的人工关节材料进行比较。 实验结果:1、CFPEEK(45)在与陶瓷湿磨100分钟后的磨损量 为0.0037g、体积磨损率为2.403×10~(-3)cm~3、磨擦系数为0.08。均小 于钛合金、(磨损量为0.5385g,体积磨损率为118.6×10~(-3)cm~3,磨擦系 数为0.17)钴铬钼合金(磨损量为0.3713g,47.60×10~(-3)cm~3,磨擦系数 0.08)及UHMWE(磨损量为0.0047,体积磨损率5.0×10~(-3)cm~3,磨擦系 数0.11)。钛合金、钴铬钼合金及UHMWPE的体积磨损率分别为 CFPEEK的49.4倍19.8倍和2.08倍。CFPEEK中的增强纤维与磨 聚醚醚酮(CFPEEK)全骸假体复合材料的实验研究 摘要 f 擦界面的角度对磨损性能无显著影响。短切碳纤维增强的PEEK复 合材料和连续碳纤维增强的PEEK复合材料的磨损性能无明显差 别。2、兔的骨内柱状体置入实验证实CFPEEK复合材料与骨的结 合力与传统的人工关节材料相当。 结论及提示:短切碳纤维增强的PEEK复合材料和连续碳纤维 增强的PEEK复合材料耐磨损性能优于传统假体材料。是人工关节 柄部假体金属材料的良好替代材料。与金属相比,具有低模量及耐 磨损的双重优势。其极低的磨损率、磨擦系数提示新一代CFPEEK 复合材料有可能成为髓臼负重面UHMWPE的替代材料。在动物骨 内置入时表现出优良的生物相容性和力学相容性,进一步说明 CFPEEK是有前途的人工关节假体材料。


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