快速成型骨组织工程支架的结构及力学仿生性能特征

目的:利用显微CT的成像技术及材料力学测试,观察多孔双相磷酸钙陶瓷支架的三维结构和力学仿生性能特征。方法:实验于2004-06/2005-12在清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室、香港中文大学威尔士亲王医院骨与关节肌肉研究室和解放军总医院骨科研究所完成。利用三维凝胶叠层成型技术和发泡法复合的方法,制备仿骨多孔双相磷酸钙陶瓷支架,经显微CT扫描得到分辨率为20μm的断层图像,并按骨形态计量方法计算三维计量参数,并与急性脑死亡年轻人股骨头(由解放军总医院骨组织库提供,已签署捐献同意书)标本负重区松质骨样本的三维参数进行统计比较。最后对双相磷酸钙陶瓷支架两个互相垂直方向和松质骨样本的长轴方向进行压缩强度试验,计算压缩强度和弹性模量,并进行统计分析。结果:①双相磷酸钙陶瓷支架的小梁平均宽度和间距低于松质骨小梁(P<0.05);支架的小梁数目和各项异性程度高于松质骨样本(P<0.05);说明支架小梁在排列上呈现更为明显的各向异性特征。②双相磷酸钙陶瓷支架的体积分数、表面积体积比及结构模型指数与松质骨样本相比差异无显著性(P>0.05),两组样本均呈明显的板层结构。③力学测试结果显示双相磷酸钙陶瓷支架材料长轴方向的强度和弹性模量高于垂直方向(P<0.05),说明支架材料具有明显的方向性。长轴方向的强度低于正常松质骨样本,但弹性模量仅比松质骨样本弹性模量高20%(P<0.05)。结论:支架材料在空隙率和表面积方面具有很好的仿生性,利于细胞的黏附和长入。同时具有明显的方向性,提高了其在排列方向上的强度。弹性模量接近股骨头松质骨,具有较好的应力顺应性。

Microarchitectural and mechanical characteristics of biomimetic bone tissue engineering scaffolds fabricated by rapid prototyping technique