目的:探讨预烧结工艺及粉体粒度对口腔再生氧化锆性能的影响。方法:将口腔再生氧化锆粉体筛分为大颗粒（粉体粒度>50 μm且≤125 μm）及小颗粒（粉体粒度≤50 μm）两种，并分别压制成试样。将再生氧化锆粉坯依据预烧结升温速度分为A、B、C组，设置预烧结升温速度分别为2、5、8 ℃/min。以商用氧化锆预烧结体为对照，检测预烧结体的相对密度、显气孔率及切削面边缘缺口宽度。按厂家终烧结参数对各组氧化锆预烧结体进行终烧结，比较终烧结体的相对密度、显气孔率、线性收缩率及弯曲强度。通过扫描电镜观察终烧结体断裂面形貌，并用X射线衍射分析各组物相组成。结果:相同粉体粒度下（大颗粒或小颗粒），A、B、C组再生氧化锆预烧结体的相对密度及显气孔率差异均无统计学意义（ P>0.05）。对照组终烧结体弯曲强度为（988.4±129.8）MPa，显著大于大颗粒A、B、C组［分别为（421.2±54.7）、（444.2±70.1）、（427.5±68.4）MPa］和小颗粒A、B、C组［分别为（750.1±74.1）、（777.2±95.5）、（746.7±73.0）MPa］（ P<0.05）；小颗粒A、B、C组弯曲强度均分别显著大于相应大颗粒A、B、C组（ P<0.05）。 结论:与大颗粒再生氧化锆粉体相比，小颗粒再生氧化锆粉体可有效改善再生氧化锆终烧结体的弯曲性能，预烧结升温速度对再生氧化锆性能没有影响。

目的 分析泰森多边形多孔结构髋臼杯与实体髋臼杯的初始稳定性差异,探究泰森多边形结构多孔层对髋臼杯初始稳定性的影响及其在预防松动脱位方面的作用.方法 通过Grasshopper设计孔隙率分别为60％、70％的泰森多边形多孔结构支架,利用选区激光熔化技术(selective laser melting,SLM)制备实体髋臼杯与孔隙率为60％、70％多孔髋臼杯样件,在相同条件的聚氨酯块模型中进行杠杆试验,分析对比3组样件的最大撬出力矩、偏转角度、界面刚度.结果 在压入力无明显差异的情况下,孔隙率为60％、70％多孔髋臼杯的最大撬出力矩分别比实体髋臼杯高278.82％、320.56％,偏转角度比实体髋臼杯高194.04％、269.23％,界面刚度比实体髋臼杯高18.58％、7.88％.杠杆试验完成后,多孔髋臼杯所用的聚氨酯块半球腔内出现明显磨损.结论 泰森多边形多孔结构髋臼杯的初始稳定性指标均高于实体髋臼杯,说明泰森多边形结构多孔层能提高髋臼杯的初始稳定性.研究结果能够为髋臼假体的设计与选型提供一定参考.

目的 对多孔型人工关节植入物的涂层性能(包括涂层形貌和涂层力学性能)进行分析,总结目前主流产品的涂层性能范围,为新产品的设计研发提供参考,同时为远期植入物取出分析提供依据.方法 试验中所用的涂层表面形貌、剪切强度和拉伸强度样品,分别按照ASTM F1854、ASTM F1044和ASTM F1147标准制备,涂层采用等离子喷涂技术加工.共对17套件产品(编号1～17号)的涂层表面形貌(涂层厚度、孔隙率和孔隙截距)进行试验;对编号为1～7号和15、16号产品,首先按照ASTM F1044的试验方法,进行涂层与基体之间的剪切强度试验;然后按照ASTM F1 147的试验方法,进行涂层与基体之间的拉伸强度试验.对编号为17的产品,按照ASTM F1044和ASTM F1 147的试验方法,分别测试复合涂层和单纯钛涂层的剪切和拉伸强度.结果 全部产品中,共15套产品(占比88.2％)涂层厚度300～500 μm;金属涂层的产品共16套(编号1～16),其中11套(占比68.75％)涂层孔隙率30％～50％,14套(占比87.5％)涂层孔隙截距50～150 μm;涂层的力学性能与基体材质无关;添加羟基磷灰石(HA)后的复合涂层的剪切强度和拉伸强度与纯金属涂层相比,均明显降低.结论 针对多孔涂层人工关节的设计制造,其涂层的性能可以参考以下指标:涂层厚度300～500 μm,涂层孔隙率30％～50％,涂层孔隙截距50～150 μm;可以根据产品的用途选择基体材质;在设计含有HA的复合涂层的植入物时,应考虑结合力较低对产品性能的影响.该性能指标范围能够为远期临床取出物分析提供对照.

背景:传统骨植入物的弹性模量较大,与人体骨弹性模量不匹配,会引起应力遮挡效应,从而导致骨吸收.径向梯度三周期极小曲面骨小梁支架具有与人体松质骨匹配的弹性模量,且屈服强度大于人体皮质骨屈服强度,为骨支架设计提供了一种新的选择.目的:通过隐式曲面法构建径向梯度三周期极小曲面结构,采用激光选区熔化技术制备样件,进行准静态压缩实验,得到力学性能与人体骨骼匹配的骨小梁支架.方法:通过隐式曲面法,建立G型、Ⅰ型、P型和D型4种径向梯度三周期极小曲面骨小梁支架;采用激光选区熔化技术制备样件,观测成型样件的表面形貌,评估成型质量,进行准静态压缩实验,评估样件的力学性能.结果与结论:准静态压缩实验结果表明,对比4种径向梯度三周期极小曲面支架,G支架平台应力波动小,没有出现失效断裂,塑性最好;对45%,55%和65%3种孔隙率G支架的力学性能进行分析,发现55%孔隙率G支架的弹性模量在人体松质骨的弹性模量范围内(0.022-3.7 GPa),屈服强度接近人体皮质骨最大屈服强度(187.7-222.3 MPa).结果显示,55%孔隙率的G型径向梯度三周期极小曲面骨小梁支架能够降低应力遮挡效应,承受较高人体载荷,提高植入物的稳定性,延长植入物的使用寿命.

陶瓷材料的微流挤出成形是三维打印领域中一种尚未发展成熟的快速成型工艺,它是将陶瓷浆料经微米级孔道挤出成丝后自由粘结堆积成形的,因此会造成空隙和气孔率较大,烧结后会影响材料的致密度,从而影响力学性能.本文针对这一缺陷首先研究了适用于此工艺的陶瓷义齿打印浆料的制备方法,并对浆料的理化特性以及烧结性能进行分析和测试.结果得出:配制的陶瓷浆料不仅从流变特性上符合微流挤出成形的要求,成形坯体烧结后的效果也满足口腔义齿的力学性能要求.这是技术上的一个进步,奠定了此工艺在三维打印陶瓷材料应用领域的基础,推动了该工艺的发展逐步走向成熟.

三维(3D)打印技术因其增材制造特性被认为是一种先进的制造技术,其中电子束烧结技术(EBM)是一种广泛应用的金属3D打印工艺.该工艺打印的金属构件因常含有微观孔洞缺陷而降低了力学性能,特别是疲劳性能.本文针对电子束烧结工艺打印的两种不同形状的植入体Ti-6Al-4V合金试样,利用计算机断层扫描技术(CT)对试样内的孔洞进行了测量,统计并分析了孔洞的数量、体积、形状以及空间分布情况.结果表明形状差异在一定程度上影响了电子束烧结Ti-6Al-4V合金的微观孔洞缺陷数量,但不同试样的孔洞均以小于0.000 2 mm3的小体积孔洞为主,占孔洞总数的80％.反映试样孔洞奇异性的球度值较小,孔洞体积与球度值呈反比.对自由面的强化烧结有效降低了试样近表面的孔洞密度.本文结论对利用该工艺制备具有较好抗疲劳性能的医用植入体有一定参考价值.

为了满足聚醚醚酮(poly ether ether ketone,PEEK)融合器在高应力环境下的应用,同时提高其与骨组织的接合能力,采用压铸和腐蚀方法制备孔径为0.4 mm,多孔层厚度为1.5 mm,开孔率达100%的表面多孔PEEK(surface porous-PEEK,SP-PEEK),并研究了SP-PEEK的单向压缩行为.结果显示:当SP-PEEK孔隙率分别为30%,40%和50%时,其在横向力(平行于多孔层方向)作用下,保留了实体 PEEK 53.6%~83.6%的弹性模量(分别为9.2、7.9和5.9 GPa)及87.1%~90.5%的屈服强度(分别为57、55.8和54.9 MPa);在轴向力(垂直于多孔层方向)作用下,SP-PEEK保留了47.1%~49.1%的弹性模量(分别为5.4、5.3和5.2 GPa)及64.3%~79%的屈服强度(分别为49.8、48.3和40.5 MPa).制备的SP-PEEK具有与皮质骨相当的弹性模量(4.9~28 GPa),能够满足脊柱融合的刚度要求.

目的:利用锂 (Li) 离子的特异性作用及聚癸二酸甘油酯 (PGS) 优良的性能制备PGS-Li复合支架, 为其作为牙骨质组织工程支架的应用提供依据.方法:将支架分为2组, PGS交联过程中加入磷酸锂后制备的PGS-Li组和等比例PGS与甘油重结晶纯化后合成的PGS组.凝胶渗透色谱法测定2组支架的相对分子质量, 傅里叶红外光谱仪分析2组支架的结构, 扫描电子显微镜观察2组支架的表面形态并测定2组支架的孔隙率及孔径, X射线光电子能谱 (XPS) 仪及电感耦合等离子体发射光谱仪测定2组支架的Li离子含量, 热重分析仪分析2组支架的热稳定性, 接触角测量仪比较2组支架的亲水性, 体外失重实验测定2组支架的降解率.将OCCM-30细胞分为PGS-Li组 (加入PGS-Li支架浸提液) 、PGS组 (加入PGS支架浸提液) 及空白对照组 (加入空白培养液) , MTT法检测不同时间 (24、48和72h) 各组细胞的增殖活性, 钙黄素-AM染色观察细胞形态.结果:凝胶渗透色谱, PGS-Li组支架的相对分子质量略大于PGS组支架.傅里叶红外光谱检测, PGS-Li组支架出现了磷酸根特异性吸收峰.扫描电子显微镜下观察, 2组支架均呈无规则的三维网状结构, 孔径为20～160μm, PGS组支架的孔隙率为 (53.92±2.18) ％, PGS-Li组支架的孔隙率为 (53.58±1.73) ％, 2组支架孔隙率比较差异无统计学意义 (P＞0.05) .XPS检测, PGS-Li组支架的XPS在54.9eV处出现了与Li 1s相符的峰值, 电感耦合等离子体发射光谱仪测试PGS-Li组支架中Li离子含量为0.084％.热重分析, PGS-Li组支架的起始失重温度高于PGS组支架, 而停止失重的温度则低于PGS组支架.接触角测量, 2组支架均为亲水性材料, PGS组支架材料的接触角为78.26°±2.00°, PGS-Li组支架材料的接触角为69.78°±1.15°, 2组比较差异有统计学意义 (P＜0.05) .体外降解实验, PGS-Li组支架的降解速率快于PGS组.PGS-Li组OCCM-30细胞增殖活性与PGS组和空白对照组比较差异无统计学意义 (P＞0.05) .钙黄绿素-AM染色后PGS组和PGA-Li组OCCM-30细胞均呈现绿色荧光, 细胞形态无明显差异.结论:PGS-Li支架与PGS支架有着相似的组成和结构, 且在亲水性及热稳定性方面有着更优异的性能, 对成牙骨质细胞增殖无影响, 在牙骨质组织工程中有着广阔的应用前景.

In this study,mechanical properties of bionic porous structures with diagonal-symmetrical and midline-symmetrical unit cells were studied when the porosities were same.Three typical unit cells (Diamond (DO),Rhombic Dodecahedron (RD),and Octet Truss (OT))were selected,in which DO has diagonal-symmetrical shape,while RD and OT share midline-symmetrical structure.Based on the same porosity,corresponding models were designed,and Ti6A14V samples were manufactured by electron beam melting.Then,using Mechanical Properties Testing (MPT) and Finite Element Analysis (FEA) methodologies,mechanical properties and transmissions of different porous structures were evaluated.Besides,composition and details before and after printing were analyzed with Energy Dispersive Spectrometer (EDS),X-ray diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscope (SEM).MPT results showed that midline-symmetrical shape would have superior compressive performance than diagonal-symmetrical shape,but opposite trend for the torsion performance,which were in line with FEA prediction.Furthermore,effective modulus of DO,RD and OT were 2.59 GPa,4.89 GPa,and 1.77 GPa,approximating the mechanical properties of human bones.Additionally,manufacturing defects and discrepancies between FEA and MPT were found.This study would provide great helps for unit cell selection and initial mechanical properties matching for optimum bone implants.

目的:多孔结构植入体在骨科修复领域具有极大的应用前景.本研究提出了一种在结构与力学性能方面更贴近人体骨组织的多孔Ti6Al4V植入体.创新点:针对骨组织的结构特点,提出了"分层设计"理念,以期更好地模拟皮质骨和松质骨的结构.除了结构相似以外,这种植入体在力学性能和结构稳定性方面同样具有优势.方法:将传统多孔植入体三维晶胞设计方法转化为二维设计理念,设计出一种分层杆连接多孔结构,并利用选择性激光熔融(SLM)技术打印出样品;然后通过光学显微镜评测打印效果,利用单轴压缩试验研究分析样品的力学性能;最后利用有限元方法分析多孔结构的结构稳定性.结论:本研究所设计的新型分层杆连接结构可以通过SLM实现高质量的打印,且尺寸合理,力学性能与骨组织相接近,结构稳定性优于传统多孔结构.这种新型多孔结构植入体在骨缺损修复领域具有较好的潜在应用前景.