功能材料器件期末报告复合材料骨钉Word格式.docx
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骨钉主体材料为高分子塑料，如：
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚醚醚酮（PEEK）。
PMMA树脂是无毒环保的材料，可用于生产餐具，卫生洁具等，具有良好的化学稳定性、和耐候性。
俗称有机玻璃，是迄今为止合成透明材料中质地最优异，价格又比较适宜的品种。
PEEK树脂是一种性能优异的特种工程塑料，与其他特种工程塑料相比具有更多显著优势，耐正高温260度、机械性能优异、自润滑性好、耐化学品腐蚀、阻燃、耐剥离性、耐磨不耐强硝酸、浓硫酸、抗辐射、超强的机械性能可用于高端的机械和航空等科技。
一、晶须增强骨水泥复合材料各性能
晶须是一种新型复合材料补强增韧材料。
羟基磷灰石HAP与生物磷灰石具有相同的组成与结构，是人体骨骼的重要组成部分，因此HAP生物复合材料的合成成为当今的研究趋势之一。
HAP具有优良的生物相容性和生物活性，可以与人体骨细胞直接形成化学结合，并且与其结合后强度高、稳定性好。
它作为植入材料可引导新骨的生长，为新骨的形成提供生理支架作用，能与骨组织形成直接的骨性结合。
HAP的晶须材料依靠桥接、裂纹偏转和拔出效应来吸收能量，消除裂纹尖端集中的应力来增强生物材料的韧性，所以将晶须状的HAP掺杂到复合材料中，能有效地改善材料的机械力学性能和生物活性，因而引起人们广泛注。
在已报道的羟基磷灰石合成方法中。
有固相反应法，水热合成法，溶胶一凝胶法及均相沉淀法。
均相沉淀法与其他方法相比，最大的优点是能使羟基释放与结晶同步，母液系过饱和度不变，保持在均相体系沉淀，产物直接为晶态，无须烧结晶化，可以减少在烧结过程中难以避免的团聚现象。
制备HAP晶须均采用化工原料，成本较高。
以磷矿石为原料制备HAP晶须已经有相关报道。
磷矿是中国优势矿产之一，蕴藏量相当丰富。
云南是中国磷矿储备的大省。
根据塑料的长期耐热性可以把其分为4组，即长期耐热性在100C以下的通用树脂；
130~100C之间的通用工程塑料；
250~130C之间的特种工程塑料和250C以上的超耐热工程塑料（一般是指热固性聚酰亚胺树脂）。
如下表：
树脂基体
热固性树脂
环氧
双马来酰亚胺
聚酰亚胺
酚醛
120固化
180固化
使用温度
-55~82
-55~105
-60~177
-60~250
-55~140
-55~120
-60~232
短期达315
-55~177
-55~260
热塑性树脂
聚醚醚酮
聚苯硫醚
聚醚砜
聚砜
250
200
180
170
1.聚醚醚酮-羟基磷灰石复合材料：
聚醚醚酮（D0lvetheretherketone，PEEK）的弹性模量与皮质骨的弹性模量接近．并且具有良好的生物相容性、放射线透过性，磁共振扫描不会产生伪影等优点。
多年来一直是骨科学专家和材料学专家研究的重点。
AbuBakarMS等[9]将PEEK—HA复合材料植入到动物体内，早期通过对组织化学染色切片观察发现在PEEK—HA复合体孔隙中长入了成熟的骨组织．复合材料界面与骨界面紧密结合．动物体内实验证明PEEK—HA具有良好的生物活性功能虽然PEEK—HA具有良好的生物相容性．但材料的力学特性是否与骨的力学特性相匹配是应用到临床的首要因素在体外力学实验中发现．随着HA含量的增加。
PEEK—HA复合材料的拉伸强度和疲劳时间均降低不同HA含量的PEEK—HA复合材料的弹性模量、拉伸强度范围分别为5～7GPa和49～59MPa。
虽然PEEK—HA复合材料与骨的力学性能接近．但强度还不能与骨的强度匹配．能否作为承受较大应力的骨科植入物．还需更深入的实验研究。
二、骨钉制作工艺
制备LP-110型聚乳酸。
制备LP-110型聚乳酸Poly（L-lactide），其黏度0.8~1.49（dl/g），分子量65,000~170,000Da，其生医塑胶规格见表一所示。
HAP羟基磷灰石（Hydroxyapatite）,其直径约1.21μm、分子量约310.18Da其规格见表二。
且HAP粉末SEM的微
结构如图一所示，外观接近圆状颗粒。
本实验添加10wt%、20wt%、40wt%羟基磷灰石（HAP）于聚乳酸（PLA）基材，制备可被人体吸收之复合材料。
射出成型参数：
以影响射出成型品质较明显的参数为主，其中融胶温度（MeltTemperature）、射速、射压（AirPressure）、保压、冷却时间（CoolingTime）为实验重要控制参数。
利用德制25吨高精密射出成型机（Arburg220S,25tons），做为试片生产之用。
射出成型纯PLA、10wt%、20wt%、40wt%的复材生胚，由于PLA的流动性差，低射速与低射压使骨钉产生多处凹陷未完全成型，且未添加HAP的骨钉成透明色其内部由于含水气导致射出时产生水气的气泡，如图十一、图十二所示。
改善骨钉凹陷的方式即提高射出成型的射速与射压。
由于PLA材料经热温干燥会导致材料内部变质，产生水泡无可避免。
图十三为骨钉的三角状倒勾显示图，其倒勾设计目的为希望当植入骨钉后能降低骨钉松脱达到固定的目的。
图十四为10wt%、20wt%、40wt%复材骨钉成品图，其中骨钉外观随着粉末逐渐的增加色泽由透明到深白。
结论：
PLA/HAP生医复材利用射出成型技术成功製备出试片与补强骨钉作用替代金属材的骨钉以作為骨骼内之固定物，其添加圆球狀之陶瓷粉末含量最高达40wt%，由SEM观察显示羥基磷灰石（HAP）粉末颗粒虽均匀分散於聚乳酸（PLA）基材内但颗粒与空隙的大小不一致，影响接触的面积，成為降低机械性质的主因，实验结果显示40wt%之复材其硬度比其他含量高且脆，虽抗拉强度能力不佳但基本上其抗衝击能力与磨耗性能仍不错。
证实PLA各复材為脆性材料当添加圆球狀陶瓷粉末后有明显助於提升复材机械性质之能力。
製备射出成型补强替代之骨钉由於PLA复材之流动性差，随著陶瓷含量的增加其成型较难完整，得提高射出速度与射压，已成功製备生医复材骨钉，其三点抗弯强度也随著陶瓷含量的增加而提高，但因40wt%骨钉材料性质呈现易脆现象结果反而抗弯强度下降，原则上实验证实射出成型骨钉之生胚内添加适量的陶瓷粉末补强材仍有提升抗弯强度之效果。
五、复合材料活性骨钉前景展望
骨生物活性材料是骨科市场中发展最快的部分，也是竞争激烈的部分。
医生和病人都认识到需要骨移植材料，用于提供支撑，填补缝隙，增强骨缺损的生物性修复等等。
据分析，全球做自体移植连同同种异体移植手术的病人每年大约有220万。
骨错位是经常发生的，有许多原因导致植入手术的增加。
骨骼退化是一个主要原因，包括骨关节炎，风湿性关节炎。
这些都是慢性病，包括关节发炎影响到周围的韧带和腱。
运动也影响到关节。
因此需求总在增加。
不只是因为老年人口的增加，也由于年轻人中关节的损伤。
需各种类型的移植物来治疗肌肉骨骼疾病或残缺。
这些植入物用于髋部、膝盖、脊椎、肩、肘、手指和脚趾。
这些植入物的价格通常是较高的。
欧洲在未来几年中骨生物活性材料市场上具有最高增长率的是现代骨形态生成蛋白和其它生物活性材料。
如生长因子、基因治疗和干细胞。
这些先进的创新产品的用途包括骨折固接，填充骨骼缺损和植入修补手术，这些只是举几个例子。
预言干细胞治疗是发展最快的门类，复合年增长率在未来5年中达53．9％。
据Espicom市场调研公司的报告，2007年全球骨生物活性材料市场估计在42亿美元，年增长率为17％。
在国内，现在随着新的私人齿科诊所的开业，越来越多的齿科医生提供牙植入治疗，中国的病人将有更多的机会做牙植入手术。
现在全中国私人经营的诊所超过5,000家，牙植人业的成功将继续吸引国内和国外的投资。
三、心得体会
在本组人员成功组队之后，我们很快就确立了本次课题的大方向，生物功能材料。
在经过一番讨论后，考虑到本组四人有三人均在院生物材料实验室学习关于晶须增强方面的知识，所以最终确定调研fu7he材料骨钉制作。
接下来的工作主要集中在收集文献和资料整合上。
本组每个人都具备熟练而准确地在校图书馆文库里检索所要文献的技能。
因此这一部分工作进行的很顺利。
我们找到HAP晶须制作工艺，PMMA骨水泥制作，PEEK骨水泥制作等相关文献。
在得到一大堆没有详细分类的资料后，我们有进一步细化分工，制作PPT也是非常高效。
做完之后，本组成员对于骨水泥，骨钉，生物功能材料的应用及前景有了更好的掌握。
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