骨內(nèi)流動(dòng)電位特性及骨替代材料力學(xué)相容性研究.pdf

1、骨具有力電性質(zhì)，即骨內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生電位的現(xiàn)象-SGP(stress-generatedpotentials)，SGP產(chǎn)生于兩種機(jī)理-壓電效應(yīng)和動(dòng)電現(xiàn)象，骨的動(dòng)電現(xiàn)象主要是指流動(dòng)電位。骨內(nèi)出現(xiàn)流動(dòng)電位的外部原因是骨受力變形時(shí)所引起的壓力驅(qū)動(dòng)骨內(nèi)哈佛氏管或骨小管內(nèi)的液體流動(dòng)而產(chǎn)生的。由于人體經(jīng)常受動(dòng)態(tài)載荷作用，研究骨在動(dòng)態(tài)加載過程中流動(dòng)電位的變化，更有助于了解骨細(xì)胞周圍電環(huán)境的性質(zhì)。
　　 首先，在位置控制模式下測(cè)試了加載速率對(duì)骨試樣流

2、動(dòng)電位的影響，液體壓力隨時(shí)間非線性增加，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著加載速率增大，骨內(nèi)流動(dòng)電位穩(wěn)定值有減小的趨勢(shì)。
　　 為了進(jìn)一步證實(shí)上述結(jié)論，完善了骨流動(dòng)電位測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在特定加載速率下的壓力控制，即以流體壓力為控制參數(shù)實(shí)現(xiàn)了液體壓力的恒速加載。對(duì)試樣在兩種狀態(tài)下應(yīng)用五種加載速率進(jìn)行了測(cè)試。一種液體能夠從試樣的各方向孔隙中流出，另一種骨試樣側(cè)面全部用硅膠密封液體，流體基本只能從哈佛氏管和福爾克曼氏管中流動(dòng)。
　　 結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種密

3、封情況隨著加載速率提高，流動(dòng)電位均有減小的趨勢(shì)。當(dāng)加載速率相同時(shí)，測(cè)得骨試樣外側(cè)全部密封時(shí)的流動(dòng)電位穩(wěn)定值比部分密封時(shí)減小了至少一半以上，在骨小管中產(chǎn)生的流動(dòng)電位大于在哈佛氏管中產(chǎn)生的流動(dòng)電位。
　　 流動(dòng)電位隨著加載速率的提高而減小的原因是骨內(nèi)微孔隙內(nèi)壁非光滑性引起了湍流所致。
　　 為了證明上述結(jié)論，利用FLUENT采用數(shù)值模擬的方法分析哈佛氏管中流體的流動(dòng)狀態(tài)。模擬結(jié)果說明，哈佛氏管靠近內(nèi)壁附近出現(xiàn)湍流，加載速率越

4、高湍流越明顯。加載速率為360kPa/s比26kPa/s的湍流區(qū)域明顯大一些
　　 第二項(xiàng)工作是探索骨替代材料的靜態(tài)力學(xué)相容性。為了研究羥基磷灰石植入體內(nèi)軟組織對(duì)其彈性模量的影響，將羥基磷灰石植入大白鼠的皮下(與骨組織和軟組織接觸)20天、40天、60天、80天后將其取出，采用數(shù)字圖像相關(guān)方法研究纖維組織對(duì)人造羥基磷灰石彈性模量影響。研究結(jié)果顯示，羥基磷灰石植入大白鼠皮下20天時(shí)的彈性模量有明顯增加，增加幅度為28.83％，之后