骨板仿生织构诱导多孔结构形成机制与聚维酮碘储运缓释机理

It is well known that the bacterial infection during internal fixation operation of bone plate restrict its medical application. Our researches will allpy micro texture technology to change the surface microstructure of bone plate. Femtosecond laser processing technology is used to manufacture micro texture. And, micro-arc oxidation technology is used to fabricate porous structure ceramic layer. Based on the dynamic evolution formation process observation of hydroxyapatite and TiO2 composites ceramic structure, the mechanism of texute on bone plate induced on formation porous structure ceramic is clarified. And, topological structure characteristic of porous structure is revealed. At the same time, some sterilized medical drugs such as povidone iodine are infiltrated into the porous ceramic layer. Based on the vitro experiment in HANKs artificial simulated body fluid and Vivo surgery of BALB/c mouse and Shandong grey goat, the dynamic evolution process of drug targeted delivery and controlled-release are observed. The non-newtonian fluid mechanics constitutive model for texture drug targeted transport and releasing is put forward by analysising flow field distribution rule of texture drug delayed releasing and transporting under different bone healing stages. The model buliding will offer the basic theory for bone plate application.

减少内固定手术时感染的发生，改善临床，是目前制约骨板等植入物在医学领域应用的主要瓶颈。课题提出在骨板表面设计不同仿生织构思路，对织构进行参数化设计，采用飞秒激光加工技术在骨板表面加工仿生织构，利用微弧氧化技术制备出组织形貌和几何结构可控的多孔结构陶瓷，观察微弧氧化过程中磷灰石和TiO2多孔复合陶瓷形成的动态演化过程，澄清骨板表面仿生织构诱导多孔结构形成机制，揭示织构诱导形成多孔陶瓷的几何结构拓扑特性；在孔穴内浸涂具有杀菌缓释作用的聚维酮碘杀菌药物，通过HANKs人工体液体外实验和BALB/c小鼠、山东青山羊体内试验，观察骨板表面多孔结构载带杀菌药物实现输运缓释的动态演变过程，推导药物在多孔结构陶瓷内的速度、流量和压力梯度表达式，构建多孔结构上载聚维酮碘实现储运缓释的流体动力学模型，澄清多孔陶瓷载带药物靶向储运缓释的机制，为骨板在内固定手术时的可靠性使用提供理论基础支撑。

骨板植入手术中感染问题成为制约医用植入材料在医学临床应用的主要瓶颈，减少内固定手术时感染的发生，改善临床，是目前研制骨板等植入物在医学领域应用的主要手段。医用骨板的上载杀菌药物实现靶向治愈手术是一个动态的复杂过程，伴随整个骨愈合期，发挥其坚强内固定作用的同时，支撑表面织构药物层来完成杀菌治愈功能，是医用合金在骨科坚强内固定手术中急需解决的科学问题。课题提出了在骨板表面设计不同仿生织构思路，对织构进行了参数化设计，采用飞秒激光加工技术在骨板表面加工仿生织构，对骨板进行激光喷丸强化预处理，利用微弧氧化技术制备出了组织形貌和几何结构可控的多孔陶瓷结构，观察了微弧氧化过程中TiO2多孔陶瓷结构形成机制，分析了结构的动态演化过程，澄清了骨板表面仿生织构诱导多孔结构形成机理，揭示了织构诱导形成多孔陶瓷的几何结构拓扑特性；对改性后表面进行了摩擦磨损分析，研究了体外模拟环境下接骨板与骨钉摩擦副间的微动摩擦行为，发现试样的摩擦力-微动位移（Ft-D）曲线呈平行四边形状，摩擦系数、磨损深度和磨损量逐渐降低，磨损表面存在着塑性变形层、犁沟、凹坑和磨屑等磨损形式，其磨损机理主要是磨粒磨损和粘着磨损同时存在的混合磨损；在轴向载荷、扭转载荷和交变载荷下建立了包括接骨板、螺钉、正常胫骨和断骨层在内的胫骨干横骨折内固定系统的有限元模型，研究接骨板表面的最大等效应力值和等效应力分布。在TiO2多孔纳米多孔结构内浸涂具有杀菌缓释作用的聚维酮碘杀菌药物，通过HANKs人工体液体外实验和BALB/c小鼠、山东青山羊体内试验，观察了骨板表面多孔结构载带杀菌药物实现输运缓释的动态演变过程，推导了药物在多孔结构陶瓷内的速度、流量和压力梯度表达式，构建了多孔结构上载聚维酮碘实现储运缓释的流体动力学模型，澄清了多孔陶瓷载带药物靶向储运缓释的机制，为骨板在内固定手术时的可靠性使用提供了理论基础支撑，从而推进了内固定技术的研究水平与医学应用。

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