供稿人:董恩纯 王玲 发布日期：2018-07-02
承载区长节段骨缺损的修复是骨外科复杂的手术，目前常植入仿生金属多孔骨支架以模拟宿主骨生物力学特性和自然结构。目前现有大多数研究侧重于多孔晶格的基本力学性能表征，而理想的金属植入物应该是不同孔隙且力学性能各向异性，如何将多孔单元向所需特定生物力学性能的多孔植入物转变成为关键问题。
图1 (a)研究的图文摘要和(b)两种基本的多孔晶格结构
托姆斯克理工大学的研究人员选用体心立方多孔单元和菱形四面体单元（图1(b)示），分别设计了两层和三层不同多孔结构的管状模型（长度35mm×外径15mm），具体模型参数如表1所示。根据标准ASTM E9采用ARCAM A2 EBM机器制备实验试样（图1(a)所示），对其进行单轴压缩测试并确定不同骨支架的弹性模量和屈服强度。
图2 试样压缩测试的应力应变曲线和变形图
EBM加工均匀多孔Ti6Al4V结构表现出低延展性甚至是脆性，而本研究所有测试样件的应力应变曲线（图2所示)）在压缩应力第一峰值处存在相对光滑的平台区域，该现象类似于塑性的金属泡沫。因此，EBM制造多孔结构脆性变形行为可通过分层结构予以改善，从而表现出更好的吸能特性。
通过该研究可得以下结论：（1）多孔Ti6Al4V结构在加权平均梯度孔隙率21-65%下的弹性模量和压缩强度分别为0.9-3.6GPa和31-212MPa；（2）采用EBM制备了五种不同结构和密度的多孔支架并力学性能测试，探究了密度对力学性能的影响，结果表明晶格单元选择决定其宏观结构的失效机制；（3）分层梯度多孔支架设计能影响其变形行为，再结合一些独特的关键优势将有利于临床。
研究还存在的不足之处：由于管状结构内外层多孔晶格不同晶胞尺寸和尺寸参数的差别，造成不同晶格交界面上能显著地搭接不连续现象，从而影响梯度多孔支架的变形行为，然而文中并未征对该缺陷进行深入讨论和分析。同时，后续研究围绕该结构进行优化，并深入探究其失效机制和应力分布。