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深度解析:骨科生物医用材料的全面解读

发布日期:2025-04-29   点击:   来源:

引言:

骨修复材料主要指用于直接支持、增强或替代受损骨骼的材料。这类材料的设计和应用专注于骨骼的治疗和恢复,如骨折愈合、骨缺损填充和骨质增强等。而骨科生物医用材料是一个更广泛的术语,涵盖了所有在骨科手术和治疗中使用的生物兼容材料。


本文将详细介绍七种主要的骨科生物医用材料及其特性与应用。以下内容摘自《2025全球骨科医疗器械创新白皮书》。

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骨替代材料

概述

骨替代材料,也称为骨移植替代材料或骨再生材料,是在骨科和牙科手术中用来替代自然骨的材料。


主要功能是提供一个支架结构,促进新骨的形成,并最终被新生骨组织所取代或整合。

典型产品

接骨螺钉:用于固定骨折碎片或作为拉力螺钉抓持骨折片,常见类型有PDLLA/HA复合可吸收接骨螺钉和金属钛合金接骨螺钉。

接骨螺钉


接骨板:紧贴于骨上提供固定,如直型、异型及特殊形状(人字形、弧形、L形)的金属接骨板。

金属异型接骨板


髓内钉:用于骨折内固定,特别是长骨干骨折,如V形髓内钉和梅花形髓内钉,以及交锁髓内钉等。

通用逆行髓内钉系统


脊柱植入物:用于脊柱的稳定与融合,包括椎间融合器、脊柱固定系统(如椎弓根螺钉系统)及人工椎间盘等。

不同形状的聚醚醚酮脊柱融合器


人工关节假体:人工关节假体涵盖髋关节、膝关节、肩关节、肘关节、踝关节、腕关节及指关节等。其中,人工髋关节和膝关节技术最为成熟,应用最广泛。

常见全膝关节假体


特点

生物相容性:无不良反应或免疫排斥。


生物活性:促进骨细胞增殖和分化。


可塑性:易于塑形或定制。


可降解性:逐渐被体内自然降解和吸收。


力学性能:足够的强度和韧性。并且其弹性模量应与人体骨骼相近,以防止应力屏蔽效应。

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骨移植材料

概述

骨是一种天然生物复合材料,具有复杂的多层次结构。其中,磷酸钙类矿物相占骨重量的60%至70%,而有机相的90%至95%为胶原蛋白,并含有少量非胶原性蛋白、多糖和脂类。


骨移植材料的主要用途在于修复或替换受损的骨组织,通过填充骨缺损或提供结构支持来促进骨愈合和再生。


骨移植材料按来源分为天然材料与合成材料;按移植类型则可分为自体骨移植(来自患者自身)、同种异体骨移植(来自其他个体)、异种骨移植(来自动物源,如牛或猪)及人工骨材料移植。这些材料广泛应用于整形外科(如骨折修复、骨植入物镀膜、人工关节返修等)、脊柱治疗(如后路脊柱融合术)以及牙科领域(如拔牙后的创伤处理和颌面外科手术)。

天然骨移植物

天然骨移植物在骨科和牙科手术中广泛用于修复或重建骨缺损和损伤。这些材料来源于自然,具有良好的生物相容性和生物活性。以下是几种主要类型的天然骨移植物及其特点和应用。


自体骨移植(Autograft)

自体骨移植是从患者自身一个部位取骨并移植到另一个部位。因其优异的生物相容性和成骨能力,且无免疫排斥反应,被视为理想的骨移植材料。可分为非血管化移植(如髂骨、胫骨和颅盖骨)和血管化移植(如肩胛骨肌皮瓣、腓骨肌瓣等)。血管化移植利用显微外科技术确保移植骨的良好供血,提高成功率。


  • 优点:无免疫排斥反应,高成骨能力。


  • 缺点:取骨区可能出现并发症,如疼痛和感染;可用骨量有限。


同种异体骨移植(Allograft)

同种异体骨移植使用来自同种其他个体(通常是捐献者)的骨组织。这种移植物在骨传导性方面表现优异,并可保留一定骨诱导性。来源包括截肢骨组织、胸部手术切除的肋骨等。处理方式有新鲜、深冻及冻干骨(后者因较低免疫原性更受欢迎),旨在降低免疫原性和疾病传播风险。


  • 优点:可用于大段骨缺损,提供良好机械支持。


  • 缺点:可能引起免疫反应,存在疾病传播风险;需严格筛选和处理。


异种骨移植(Xenograft)

异种骨移植采用其他物种(如牛、猪、鹿、绵羊等)的骨材料,经过特殊处理以减少免疫反应和疾病传播风险。研究重点在于如何结合去抗原处理与骨活性物质(如BMP、自体红骨髓等)以提升其诱导成骨能力,解决抗原性与诱导活性间的矛盾。


  • 优点:来源广泛,适用于低机械强度需求场合。


  • 缺点:免疫反应和生物相容性问题显著,需要精细处理。

骨衍生材料

在骨修复和再生医学领域,骨衍生材料通过从天然生物组织提取和加工,提供了具有特定生物功能的材料。这些材料主要分为骨支架材料和骨基质材料,每种都有其独特的优点和应用。


▪ 骨支架材料

煅烧骨(Calcined Bone):通过高温处理异种或同体骨去除有机成分,留下无机羟基磷灰石。


     优点:

  • 生物相容性良好:高温处理去除了潜在抗原性物质。


  • 骨传导性优秀:保留了天然骨微观结构,利于细胞黏附和增殖。


     缺点:

  • 脆性增加:高温可能降低机械强度。


  • 缺乏骨诱导性:高温处理破坏了天然骨中的生物活性成分。


珊瑚羟基磷灰石(Coral Hydroxyapatite, C.HA):源自海生珊瑚,经物理化学方法转化为磷酸钙和碳酸钙为主的材料。


     优点:

  • 结构类似人骨:模仿人体骨松质结构,有利于新骨生长。


  • 适合骨内生长:孔径适中,支持新生骨向内生长。


     缺点:

  • 力学性能有限:尽管有一定抗压强度,但抗拉和抗剪强度较低。


▪ 骨基质材料

脱钙骨基质(Demineralized Bone Matrix, DBM):包含脱钙后的骨胶原和其他细胞外基质。


     优点:

  • 促进骨愈合:富含生长因子和促血管生成成分。


  • 广泛用途:可作为粘合剂,与其他骨替代物混合使用,增强复合材料性能。


     应用:

  • 常用于自体骨扩增或与羟基磷灰石等材料混合使用。


脱蛋白骨基质(Decellularized Bone Matrix):通过化学方法去除异种骨中的蛋白质成分,保留羟基磷灰石和天然骨结构。


     优点:

  • 生物相容性和力学性能良好:保持天然骨三维网状孔隙系统。


  • 低抗原性:几乎完全去除抗原性,减少免疫反应风险。


     缺点:

  • 缺乏骨诱导性:处理过程中可能破坏活性成骨物质。


这些骨衍生材料各具特点,广泛应用于骨科和牙科的骨修复和再生治疗。选择合适的材料需考虑具体的临床需求、预期的生物功能以及患者的具体情况。随着材料科学的发展,未来有望开发出更高效、更具生物活性的新材料。

合成骨移植物

合成骨移植物在现代医疗中扮演着日益重要的角色,尤其是在骨科和牙科手术中。这些材料模仿自然骨的功能,同时避免了自体和异体骨移植的一些限制和风险。根据成分和性能,合成骨移植物大致可分为无机、有机和复合骨移植物。



1. 无机骨移植材料

无机骨移植材料主要包括金属填充材料和陶瓷填充材料。


金属填充材料:如不锈钢、钛及钛合金、钴基合金和镍钛合金等,因其卓越的力学性能和良好的生物相容性,在人工关节和植入体固件中广泛应用。


陶瓷填充材料:包括氧化铝陶瓷、羟基磷灰石和生物玻璃等,具有优异的力学性能和对体液的高度惰性。特别是含钙磷盐的陶瓷,如羟基磷灰石,因其优异的生物相容性和骨诱导能力,受到了广泛关注和深入研究。磷酸钙生物陶瓷作为一种早期广泛应用的骨填充材料,已被证实能有效促进骨愈合,提供骨传导和骨诱导功能。



2. 有机骨移植材料

有机骨移植材料主要涉及以下几种:


超高相对分子量聚乙烯:广泛应用于耐磨植入件,如髋关节和膝关节。


聚丙烯酸酯类材料:特别是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),常用于关节置换术中假体和自体骨的粘合。由于其聚合反应放热较高,需注意防止热损伤组织。


硫酸钙骨填充材料:半水硫酸钙固化速度快,适合制作可注射型材料,适用于骨髓炎治疗时作为抗生素缓释载体。



3. 复合骨移植材料

复合骨移植材料在骨修复领域具有重要应用前景,其中矿化胶原基复合人工骨和玻璃高分子聚合物表现尤为突出。


矿化胶原基复合人工骨

矿化胶原基人工骨是一种与天然骨成分和结构接近的室温合成骨移植物,使用效果接近自体骨。其主要特点包括:


     多孔结构:

  • 高孔隙率便于细胞附着、生长及营养物质输运。


  • 羟基磷灰石均匀分布在胶原基质上,促进骨键合能力。


     成分优势:

  • 主要成分为Ⅰ型胶原蛋白和纳米级羟基磷灰石晶体,具备良好的生物相容性和降解性能。


  • 降解速度与成骨速度匹配,不影响周围体液环境pH值。


     纳米晶粒结构:

  • 羟基磷灰石晶粒细小,C轴平行于胶原纤维长轴,与天然骨结构相似,易于被破骨细胞吸收和降解。


     强度可调:

  • 强度接近松质骨,可根据需求调整形状,临床操作便捷。


  • 生物相容性良好,无免疫排斥反应,愈合效果显著。


玻璃高分子聚合物

玻璃高分子聚合物同样适用于多种骨修复场景,提供结构支持和骨传导性,同时具备一定的骨诱导性,免疫排斥风险低。

硫酸钙基复合材料的应用

力学性能增强:通过与有机高分子或无机陶瓷复合,不仅提高了力学强度,还保持了良好的生物活性,成为治疗骨髓炎等疾病的有力工具。


化学键形成稳定结构:硫酸钙与有机高分子通过化学键形成稳定结构,提高抗弯和抗压强度。


物理连接与稳定性:硫酸钙与无机陶瓷材料通过物理连接形成稳定结构,不同比例影响复合材料力学强度。


早期负重的重要性:半水硫酸钙通过水合作用快速固化为硬度更大的二水硫酸钙,对骨缺损重建早期负重至关重要。

成熟羊椎体骨缺损填充修复术

0~36 w后三维重建图


发展前景

复合材料不仅提供了结构支持和骨传导性,还具备一定的骨诱导性,在免疫排斥反应方面表现更好。随着研究和技术的进步,合成骨移植材料将在未来的医疗应用中发挥更加关键的作用,极大地丰富了骨修复的选择,提高了治疗的灵活性和有效性。

组织工程骨

组织工程骨是一种结合生物学、工程学和医学原理的先进技术,用于体外构建新骨组织以修复骨缺损。其核心技术包括三大要素:种子细胞、生物支架材料和生长因子。


1. 种子细胞:种子细胞是组织重建的基础单元,通常来源于患者自身或捐赠者,以确保生物相容性并减少免疫排斥反应。


2. 生物支架材料:支架提供三维多孔结构,支持细胞附着、生长以及营养物质的传输,同时维持细胞分布。根据来源和特性,生物医用材料可分为两类:


  • 天然生物材料(如胶原蛋白、羟基磷灰石、明胶):具有优异的生物相容性和降解性,能有效促进细胞黏附、增殖和分化,但加工性和降解速度较难控制。


  • 合成生物材料(如聚乳酸、聚甘醇酸、聚己内酯):具备良好的加工性能和可控的力学及降解特性,更适合大规模生产,但生物相容性和细胞亲和性相对较低。


3. 生长因子:生长因子是促进细胞增殖和分化的关键因素,能够加速组织形成与成熟。

应用前景

尽管组织工程骨技术发展时间较短,但已展现出巨大的潜力。通过优化支架设计、改进种子细胞处理方法以及增强生长因子的应用策略,未来有望在骨修复和重建领域发挥更大作用。这一技术不仅能克服传统骨移植的局限性,还为治疗复杂骨缺损提供了更有效的解决方案,推动骨科医疗的进步。

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软骨替代与移植材料

概述

软骨是一种特殊的结缔组织,由软骨细胞、纤维和基质组成,具有重要的生理功能和结构特性。


根据其基质成分和结构的不同,软骨可以分为三种类型:透明软骨、弹性软骨和纤维软骨。

软骨的结构与功能

软骨细胞:位于软骨陷窝中,负责形成纤维并分泌基质,是软骨生长和维护的关键。


纤维性软骨膜:包裹软骨的外部,提供额外的支持和保护,有助于承受负载并与邻近骨结构连接。


细胞外基质:主要由胶原蛋白、蛋白多糖、透明质酸等构成,支撑软骨细胞并提供生长微环境。高含水量和透明质酸使得物质能自由渗透,为深层软骨细胞提供营养。

软骨类型:

透明软骨:最常见的软骨类型,含有长链透明质酸和硫酸软骨素,能够承受较大压力。


弹性软骨:富含弹性纤维,具有高灵活性和弹性,存在于耳朵和喉部。


纤维软骨:含有较多胶原纤维,提供强支持和抗张力能力,常见于膝盖半月板和椎间盘。

临床修复方法

传统手术技术:

  • 软骨下骨钻孔和微骨折技术:刺激骨髓释放干细胞促进自然修复。


  • 关节腔清理和灌洗术:清除破碎组织和平滑关节表面,减少疼痛。


  • 人工关节置换:用于严重关节损伤,恢复关节功能。


生物技术:

  • 自体或异体软骨移植:利用健康软骨组织填补缺损区域。


  • 自体软骨细胞移植:从患者自身提取软骨细胞,实验室扩增后再植入损伤区域。


  • 组织工程技术:结合种子细胞、支架材料和生长因子,在实验室构建特定软骨组织后植入损伤区域,加速软骨再生。


骨膜及软骨膜替代:

  • 骨膜含有丰富的神经、血管和干细胞,可促进透明软骨和软骨下骨的形成,但存在固定困难和来源有限等问题。


人工软骨替代材料:

  • 材料应具备良好的生物力学性能、润滑性和耐磨性,如硅橡胶、聚氨酯和聚乙烯醇水凝胶等,但各有优缺点,研究重点在于改进现有材料和探索新材料。


组织工程化软骨:

  • 结合种子细胞(如自体软骨细胞、间充质干细胞)和生物支架(天然或合成材料),设计出机械稳定性好、促进细胞增殖和迁移的支架材料。

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肌腱组织替代与移植材料

概述

肌腱是一种规则致密的结缔组织,主要作用是连接肌肉和骨骼,在肌肉收缩时传递力量以实现运动。


肌腱结构与功能密切相关,主要包括三部分:胶原束、腱胶质和腱细胞。

肌腱的结构与功能

  • 胶原束:由大量平行排列的胶原纤维组成,赋予肌腱高抗拉伸能力。


  • 腱胶质:填充在胶原纤维间的基质,含有蛋白多糖和水分,帮助维持肌腱的稳定性和弹性。


  • 腱细胞:包括纤维细胞和间质细胞,负责合成和分泌胶原蛋白及其他基质成分,维护肌腱结构和功能。


由于肌腱需承受高度张力,它们容易因过度使用或外部伤害(如刀割、压轧伤)而受损,导致撕裂或断裂。肌腱自我修复能力有限,常需外科手术修复或移植。

临床修复方法

1. 自体肌腱移植 

  • 使用患者自身的健康肌腱进行修复,避免免疫排斥反应。


  • 主要优点:无免疫排斥。


  • 缺点:供腱资源有限,可能损伤供腱部位,还可能因供腱部位的强度不足而导致撕裂。


2. 同种异体肌腱移植 

  • 使用来自同种族但不同个体的肌腱,扩展可用资源。


  • 主要问题:植入肌腱坏死、排斥反应及供体病毒传播风险。


3. 异种肌腱移植 

  • 使用来自不同物种的肌腱,理论上资源丰富。


  • 主要挑战:免疫排斥和生物相容性问题,化学处理可能影响生物力学性能。


4. 人工肌腱替代物 

  • 包括合金、塑料、尼龙和合成纤维等材料,设计模拟自然肌腱功能。


  • 许多尝试因机械性能不足或与周围组织兼容性差而失败,如碳纤维人工腱最终被淘汰。


  • 新型材料和技术正在探索中,如人发角蛋白人工肌腱(HHKAT)和组织工程化人工肌腱。

新型材料和技术

1. 人发角蛋白人工肌腱 (HHKAT) 

  • 利用人发角蛋白制成,具有良好的生物相容性和无免疫排斥反应。


  • 拉应力不衰减,持久力学性能,腱化工程使其能在体内形成新的自体腱。


2. 组织工程化人工肌腱 

  • 结合肌腱种子细胞与生物降解材料,通过体外培养后植入缺损部位,促进肌腱细胞增殖和分化。


  • 主要优点:

    高度自然化修复,实现精准的形态修复与功能重建。

    无免疫反应和病原传播风险。


  • 关键在于选择合适的种子细胞和支架材料,以及有效复合。支架材料不仅需要具备良好的机械强度以支持早期活动,还应与细胞功能同步降解,为细胞生长和生理功能提供空间。

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骨科内固定材料

概述

骨科内固定材料是指用于骨折、畸形或肿瘤切除后骨缺损的内部固定医疗器械。


这些材料设计用于承受体内环境挑战,如生物相容性、耐腐蚀性和足够的机械强度以支持骨愈合过程。

主要类型

1. 金属固定器

  • 钢板和螺钉:用于长骨骨折(如股骨、胫骨和肱骨)的固定。


  • 钉棒系统:例如股骨内钉,适用于股骨骨折。


  • 外科钢丝和销钉:用于小骨折或小骨的固定。


2. 非金属固定器

  • 聚合物固定器:如聚乳酸(PLA)和聚甘酯(PGA),可生物降解,无需二次手术取出。


  • 陶瓷固定器:如磷酸钙(羟基磷灰石),用于骨缺损填充。


3. 生物固定器

  • 骨移植:使用自体骨或异体骨进行骨缺损填充。


  • 骨形成蛋白:如生物活性材料和生长因子,促进骨再生。


4. 混合材料固定器

  • 复合材料:结合金属与聚合物、陶瓷或生物活性物质,利用多种材料的优点,适用于复杂骨折固定。

内固定技术的关键条件

1. 足够的强度 

  • 不锈钢:良好的机械性能和成本效益,但可能在高负载环境下腐蚀。


  • 钴铬钼合金:极高的耐腐蚀性和机械强度,但成本高,加工难度大。


  • 钛合金:重量轻,抗腐蚀性强,生物相容性好,适合长期植入体。


  • 聚乳酸为主的可降解材料:生物相容性好,自然降解,适用于低负载场景。


2. 无组织反应 

  • 材料应具备生物相容性,避免引发毒性反应、炎症或其他不良反应。


3. 不腐蚀

  • 植入体不应生锈或产生电解反应,需采取措施防止不同材料之间的接触腐蚀。

AO/ASIF系统与BO观点

AO/ASIF系统

  • 解剖复位:尤其是关节内骨折,强调实现精准的解剖复位。


  • 坚强的内固定:提供足够的稳定性以满足生物力学需求。


  • 无创外科操作技术:保护骨折端及周围软组织的血供,减少手术损伤。


  • 早期活动:通过稳定的内固定支持,患者可以尽早开始肌肉及关节的活动。


BO观点(生物学固定)

  • 保护软组织和血供:尽量减少对骨折区域及其周围软组织的干扰,保持血供。


  • 适度的内固定:使用生物相容性好、弹性模量低的材料,减少应力屏蔽效应。


  • 避免过度复位:对于粉碎性骨折,不强求完全的解剖复位。


  • 微创手术技术:减少手术对患者的影响,加速恢复。

微创内固定技术(MIPO)

近年来,微创手术技术的发展旨在减少手术对软组织的损伤,从而保护血供并促进更快的愈合。这种技术强调:


  • 保护局部软组织:远离骨折部位进行复位,以保护局部软组织的附着。


  • 不强求粉碎性骨折块的解剖复位:除非是关节内骨折。


  • 使用生物相容性好的材料:如低弹性模量的材料,减少应力屏蔽效应。


  • 减少手术暴露时间:尽量缩短手术时间,减少对患者的整体影响。

6

骨科外固定器及应用

概述

骨科外固定器是一种用于骨折治疗和矫形手术的医疗设备,通过在体外固定支架稳定骨折部位或纠正骨骼畸形。它们通过皮肤穿透针或销固定在骨头上,外部结构提供必要的支撑和稳定,以促进骨折愈合或矫正骨骼畸形。


外固定器适用于复杂骨折、感染或需要渐进式调整的情况。

外固定器的特点与优势

  • 微创:相比内固定,损伤更小,伤口感染率更低。


  • 稳定性高:相比石膏等传统外固定方式,固定更可靠、稳定。


  • 适应证:适用于复杂骨折、感染或需要逐步调整的情况。


然而,外固定器也有其局限性和缺点,因此选择时需严格掌握适应证和禁忌证。

组成部分

1. 固定针:穿入骨骼内把持骨骼,针尾留在体外,被连接杆连接、固定。


  • 斯氏针(Steinmann针):多用于成人下肢骨折。


  • 克氏针(Kirscher针):多用于成人上肢骨折及儿童上下肢骨折。


  • 半螺纹针(Schanz针):多用于半针固定。


  • 螺纹针:多用于全针固定。


2. 连接杆:连接、固定各针尾,常见类型包括钢管式、螺纹棒式和钩槽式。


3. 固定螺栓和螺母:连接固定针和连接杆。

主要类型及应用

1. 单侧外固定器 

  • 定义:固定装置位于骨折一侧,通过连接杆和针销将骨片固定。


  • 应用:适用于较简单的骨折或局部皮肤条件不允许使用环形或双侧固定器时。


2. 双侧或多侧外固定器 

  • 定义:固定装置位于骨折两侧或多侧面,提供更均匀的支撑和稳定。


  • 应用:适用于复杂骨折或重建手术。


3. 环形外固定器(如伊利萨洛夫装置) 

  • 定义:采用一系列环形结构通过钢丝或销钉固定骨折或畸形部位,环与环之间通过连接杆相连。


  • 应用:广泛用于复杂的骨折、长骨延长手术或重度畸形矫正,尤其适用于小儿骨科中严重的四肢畸形。


4. 混合型外固定器 

  • 定义:结合环形和单侧或双侧固定器的特点,利用环形结构提供稳定性,同时使用单侧或双侧支架进行局部调整。


  • 应用:适用于极为复杂的骨折或高度定制的畸形矫正。


5. 动态外固定器 

  • 定义:允许或控制特定关节的运动,同时固定周围的骨折区域。


  • 应用:主要用于关节附近骨折的治疗,在保证骨折稳定的同时,促进关节功能的恢复。

选择因素

选择适合的外固定器时,需考虑以下因素:


  • 骨折类型和位置:不同类型和位置的骨折适用不同类型的外固定器。


  • 患者的年龄和健康状况:儿童和成人的骨质密度、皮肤条件等因素影响选择。


  • 治疗目标:是否需要动态调整或长期穿戴,以及日后的功能恢复。


  • 外固定器的复杂性与维护:一些复杂的设备可能需要更频繁的监控和调整。

7

骨科生物可吸收内固定材料

概述

自20世纪60年代后期以来,科学家们一直在探索和开发生物可吸收材料在医学中的应用。


聚乳酸(PLA)作为一种生物降解可吸收材料,因其良好的生物相容性、可靠的力学强度、无毒副作用以及无需二次手术取出等优点,在骨科疾病的手术治疗中取得了显著效果。

常见的可吸收材料

聚乳酸(PLA):包括聚左旋乳酸(PLLA)、丙交酯-己内酯共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)等。


聚合物类型:

  • PDLA、PLLA、PDLLA和meso-PLA,其中PLLA和PDLLA具有较高的结晶度和机械强度,适合用于缝线、钉及矫形器械等。

可吸收界面螺钉


材料性能与应用

  • 降解过程:PLA通过简单的水解过程在体内降解为乳酸,最终产物为水和二氧化碳,被机体代谢排出体外。


  • 产品种类:多种多样的生物可吸收螺钉、钉棒、接骨板、生物膜、缝线、椎间融合器等已广泛应用于骨科临床手术。

优势与挑战

优势:

  • 应力转移:降解过程中逐渐将外力负荷转移到骨骼上,避免应力遮挡引起的骨质疏松。


  • 减少二次手术:通过设计合理的降解速率,减少患者二次手术伤害。


  • 生物相容性好:高分子材料无金属磁性,不会干扰医学影像检查和安检。


  • 广泛应用:已被医生和患者接受并逐渐替代金属器械。


挑战:

  • 力学强度较低:相比金属材料,可吸收材料的强度较低,初期需配合外部固定。


  • 降解速率控制:需要调控材料的降解速率,使其在骨折早期愈合阶段保持足够强度,骨折部位完全愈合、康复(6个月左右)后快速降解、消失。

改进措施

1. 增强工艺:

  • 自身增强技术:如Tormala等通过高温高压将纤维烧结在一起,制备出自增强聚左旋乳酸(SR-PLLA)棒材和螺钉,其初始弯曲强度达到250~271MPa,初始剪切强度可达94~98MPa,植入12周后弯曲强度仍有100MPa,36周后才降至10~20MPa达到松质骨水平。


2. 配方改进:

  • 加入可中和酸性物质的无机盐类组分,以防止降解过程中产生的酸性产物引起局部无菌性炎症。


3. 检测与监控:

  • 可吸收材料在CT扫描和核磁共振检测中可见,但在X射线影像中不可见,增加了手术检测难度。

未来展望:

尽管可吸收骨折内固定植入器械仍需进一步优化,但其在骨折治疗领域已经带来了革命性的变化。随着材料制备和加工技术的发展、植入产品设计理念的创新、手术工具和方法的进步,这类器械必将迎来更广阔的应用前景,更好地造福骨折患者。




本文网址:http://www.gyrotec.com.cn/news/500.html

关键词:骨科生物材料,骨修复替代材料,3D打印骨科应用

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