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静电纺丝纳米纤维用于植入物与骨骼的固定
2019/11/28 22:19:13 admin

  由于细胞反应良好,电纺膜已被用作将植入物固定到骨骼的辅助手段,此外,还有助于不同材料之间的粘合。这利用了纳米纤维的优点,同时避免了其作为结构支撑的弱点。

Figure 1. Electrospun fibers as interface layer between bone cement and implant.

  在诸如全髋关节植入物和牙科植入物的医疗植入物中,通常使用骨水泥来固定植入物。如图1所示,复合材料中两种不同材料之间纳米纤维夹层使断裂韧性增强,该性质可用于改善骨水泥和金属植入物之间的结合。Khandaker等(2014)使用电纺聚己内酯纤维(直径范围从919 nm到1.25μm)作为种植体和水泥之间的夹层。在这种情况下,植入物由钛(Ti)制成,而水泥是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。通过测试纤维模的效果,发现使用单向纤维的装置的断裂韧性比没有纤维的Ti / PMMA好得多。但是,对于双向纤维,断裂韧性小于没有纤维的Ti / PMMA [Khandaker等2014a]。一般来说,纤维的存在增加了金属植入物的表面粗糙度,并且降低Ti / PMMA界面处裂纹的微观运动[Khandaker等2014b]。Ti / PMMA的排列界面纤维的力学性能的进一步研究表明拉伸强度,剪切强度和混合载荷提高[Khandaker等2014b]。断裂韧性的差异可能是由于PMMA在纤维中的润湿和渗透。使用单向纤维时,PMMA可以更好地渗透到纤维之间的间隙中。然而,对于双向纤维,纤维可能更难以运动,这降低了PMMA渗透到孔之间的能力,需要进行更多的测试,以确定断裂韧性差异的原因。

  静电纺丝膜已被用于帮助脆弱长骨髓内固定。Nishizuka等(2014)提出了一种加强严重弱化长骨干骺端的新技术。该过程基于电纺聚-3-羟基丁酸酯-共-4-羟基丁酸酯的概念,由聚(1-丙交酯)(PLLA)编织管与磷酸钙水泥(CPC)组成的髓内固定(PHA)膜,以防止CPC从编织管的芯部泄漏,如图2所示。机械研究表明,与CPC + PLLA,CPC + PHA和CPC相比,PLLA + CPC + PHA仅在CPC注入后10分钟显示更高的断裂能量。使用新西兰白兔研究显示PLLA + CPC + PHA组没有骨折移位,而CPC,PLLA + CPC和K-丝记录1周时发生骨折移位。

  Figure 2. View of the distal femur (B1) and bone cross section schema (B2) after CPC injection. PLLA: PLLA woven tube; PHA: PHA fiber mat; CPC: calcium phosphate cement. [Nishizuka et al PLoS ONE 9(8): e104603. doi:10.1371/journal.pone.0104603. This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International.]

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