泡沫结构框架 能植入骨骼的钛泡沫
有一种物质,既灵活却又像人的骨骼一样坚硬,一植入马上就能够承载重量:这是一种新的植入物,是用钛泡沫制成,类似骨骼内部的结构形态。这不仅使它不像传统的笨重植入物那样僵硬,而且也促进向周围骨头内生长。
骨骼承载的力量越大,它的组织就长得越粗。人的骨骼中承受较小拉力的部分,往往具有较小的骨质密度。压力刺激基质间体(matrix)的生长。医学专家不久将能更有效地利用这种效应,这样,植入患者骨头中的结合物会更持久、更稳定。要这样做,骨置换(bone replacement)必须以某种方式成型,以促进向内生长。要突出孔隙和渠道,在其中,骨细胞和血管可以畅通生长。在植入物中,钛合金Ti6Al4V是材料的选择。它经久耐用、稳定、有弹性,且肌体耐受性良好。但是它有点难以制作:比如,钛与氧、氮和碳在高温下会反应。这使得它脆弱易碎。生产过程的范围也同样是有限的。
现在还没有现成的技术可以用来制造复杂的内部结构。因此块状钛移植(massive titanium implants)主要用于治愈承重骨头的缺陷。诚然,这些很多都具有结构性表面,可稳定维持骨细胞。但是形成的结合物仍易碎。而且,块状植入的这个特点有别于人体骨架:它们实质上更硬,因此可承受更高负载。“相邻的骨头几乎没有任何载荷,在最坏的情况下,甚至会恶化。然后植体松动,必须被取代。”工学博士Peter Quadbeck(彼得•夸德贝克)解释说,他在位于德累斯顿市的弗劳恩霍夫(Fraunhofer)制造和先进材料研究所工作。Quadbeck 调整了这一钛泡沫(TiFoam )项目,合成了一种钛系(titanium-based)物质,是新一代的植入物。这种泡沫状结构的物质类似骨头里面的骨松质(spongiosa)。
钛泡沫产生于一种粉状冶金成型工艺,已经证明它在工业生产中的价值,可用于铝铸件(aluminum casting)陶瓷滤波器(ceramic filters)生产。开孔(Open-cell)聚氨酯泡沫(PU: polyurethane)溶解于粘合剂和细钛粉饱和溶液。粉末进入细胞结构的泡沫,(文章来源环球聚氨酯网)聚氨酯泡沫和粘合剂随后蒸发,剩下的是泡沫结构的框架。“这种机械性质的钛泡沫用这种方式制成,密切适合人的骨骼的特性。”Quadbeck说。“首先,这可用于平衡最极端的耐用性和最小的刚性。”前者是它用于骨骼的一个重要的前提条件,它必须承受重量和运动的力。骨状刚度使压力可以被传送;因新形成的骨细胞,它也促进植体愈合。因此,植入后,植入体能够而且应该很快承受压力。
在钛泡沫项目中,研究伙伴集中展示了钛泡沫更换有缺陷椎体的可行性。这种泡沫同样适用于“修复”其它严重挤压的骨头。他们宣布,将很快开发及制造钛泡沫骨植入物。
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