骨骼生长的邀请 - 真空等离子喷涂提供多孔稳定性

骨骼生长的邀请 - 真空等离子喷涂提供多孔稳定性

许多人工关节直接嵌入到骨头中,无需任何辅助。其表面的多孔结构让骨头可以安全地向内生长。真空等离子喷涂赋予其所需的形状和稳定性。
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人类骨骼是不断重塑的过程。食腐细胞不断啃噬骨头。同时,身体利用成骨细胞生成细胞,这些细胞用于生成新骨头。这就是骨折后会相对较快愈合的原因。同样,此机制让人工关节能够直接嵌入到骨头中而无需任何骨水泥。

结合坚实

骨折愈合时,骨头会碰到骨头。然而,处理植入物时,骨头会碰到金属异物。为使骨头能够向内生长,必须为骨小梁提供一个良好的附着表面。骨小梁是在骨头内部形成三维网格结构的小杆状骨头。理想情况下,骨小梁会击中与它们的强度相对应的毛孔。同时,这些空洞必须足够深,骨小梁才有足够强度的支撑力。

对于材料加工,这是一项巨大的挑战:植入物必须提供一个多孔表面,同时仍要能够承受多年的巨大负载。因此,植入物组件由高度稳定的钛合金制成。为使表面光滑,它们需要一种涂层,该涂层与基材之间要能形成真正不可断裂的结合面。真空等离子喷涂(VPS)针对此问题提供了解决方案。

超纯气体环境

在此工艺中,裸植入物将被放在真空室中。在约 0.08 毫巴左右的真空中,所有大气氧气和附着在氧气中的水蒸气都被从真空室中吸出,从而创造超纯气体环境所需的条件。然后,用氩气冲洗真空室并再次抽真空。接下来,将工艺气体输送到真空室。当等子燃烧器开启后才真正开始镀膜工艺。

施加强电流以产生电弧,工艺气体变成等离子。通常也是由钛制成的喷雾粉末混合到气体射流中。在超过 20,000 摄氏度的温度下,液滴形成并被加速、压缩和喷射到工件表面。工艺中的高能量密度可确保结合面极其稳定。精确的工艺管理可确保影响最终结构的形状,以及获得所需的孔隙形状。变频 COBRA 螺杆真空泵(作为前级泵)和 Puma 罗茨泵组合已经证明了其在大型 VPS 系统中的成功。

答案是否定的。假肢(内假体)的大部分组件是由钴铬合金 (CoCr) 制成。得益于它们在不断变化的负载水平下的稳定性,它们已证明是适合人体的不错的选择。不过,骨细胞不能直接与这些合金制成的表面结合。因此,使用一种称为骨水泥的合成树脂将 CoCr 植入物固定到骨头上。

钛的稳定性与钴铬差不多,但对骨骼反应良好。骨细胞可以直接与此金属结合。它们对钽的反应也差不多,但钽材料更稀有且昂贵得多,因此很少用于植入物。至于骨水泥结合的植入物和直接嵌入的植入物哪个更好,取决于很多因素。例如,人工髋关节通常是直接植入,无需使用骨水泥,而人工膝关节则使用骨水泥。


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