臺灣博碩士論文加值系統

本實驗將模擬人類骨骼系統之皮質骨，藉由生物可降解高分子纖維對磷酸鈣系骨水泥進行增韌補強，期望能在植入初期具有一定強度。
實驗於一開始將自製聚乳酸編織帶進行NaOH鹼液處理及去離子水震盪處理，藉由拉伸測試與實體顯微鏡觀察來了解編織帶機械性質與立體結構變化。此外，實驗也將聚乳酸編織帶複合磷酸鈣系骨水泥製成PLA/CPC複合材料，觀察此複合材料在經過不同熱處理溫度及時間對乾、溼樣品的抗壓強度的影響。
利用實體顯微鏡、掃描式電子顯微鏡、X-光繞射分析儀以及傅立葉紅外線光譜儀觀察其顯微結構之變化。結果發現聚乳酸編織帶進行NaOH鹼液處理及去離子水震盪能有效去除加工過程中所沾附之油劑及保有立體結構完整性，但編織帶與鹼液發生部分酯水解，造成拉伸強力下降。PLA/CPC複合材料在機械性質部分，隨著熱處理溫度增加抗壓強度也有提升趨勢，但在溫度超過聚乳酸熔點後會使高分子結晶度增加，而降低增韌補強效果，當熱處理時間增加，使得高分子有足夠時間進行冷結晶現象，進而提升高分子結晶度，也會降低增韌效果，而於濕的樣品去分析楊式模數時是和乾的樣品有相同現象，但於抗壓強度方面相對於乾式樣品會下降。

In this study, the composites of poly(lactic acid) fibers and calcium phosphate bone cement (CPC) was used to simulate the functions of cortical bone. The biodegradable polymer (PLA) would reinforce and toughen the structure of CPC.
In this experiment, the PLA was braided and the surfaces were modified with NaOH solution and then washed in deionized water by the ultrasonic cleanners. The alkalized PLA braid’s structures of physical microscope on the surfaces and mechanical properties of tensile tests were tested and observed. Moreover, the different layer of alkalized PLA braids composite with CPC were synthesized and compared. The immersed effect on strength decay resistance was compared between the dried and immersion samples.
Physicochemical analysis was performed by metallographic microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR).
The result showed that the residual oil capped on the surfaces of alkalized PLA braid was removed. Furthermore, the alkalized modifications of PLA braid would not make the original structure changed. However, the alkalized PLA led to some dehydrating group ester create acid and alcohol by hydrosis under alkaloid base group and made the tensile stress declined. In the mechanical test of PLA/CPC composites, the compressive strength of PLA/CPC would be significantly increased by heating treatment. In general, when the heating temperature was higher over the melting point of the PLA, the degree of crystallization of PLA/CPC composite became higher than that of original, unheated composites, and led to the decreasing of specimen’s strength and ductilness.

誌　　謝 II
中文摘要 III
ABSTRACT IV
目　　錄 VI
圖目錄 X
表目錄 XIII
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 骨組織之結構 4
2.2 生醫材料介紹 5
2.2.1 金屬材料 6
2.2.2 陶瓷材料 6
2.2.2.1 磷酸鈣骨水泥簡介 8
2.2.2.2 磷酸鈣鹽類生醫材料之發展 9
2.2.2.3 磷酸鈣鹽類之分類 10
2.2.2.4 低溫磷酸鈣鹽類 10
2.2.2.5 高溫磷酸鈣鹽類 11
2.2.2.6 四鈣磷酸鹽在磷酸鈣骨水泥合成氫氧基磷灰石 11
2.2.2.7 氫氧基磷灰石 12
2.2.3 高分子材料 13
2.2.3.1 聚乳酸發展 15
2.2.4 複合材料 17
2.3 自然性骨骼材料 17
2.3.1 自體骨骼材料(autografts) 17
2.3.2 異體骨骼材料(allografts and allograft-based) 18
2.3.3 異種骨骼材料(xenologous bone) 18
2.4 人工骨骼材料 19
2.5 轉筒式加撚機之加撚原理 19
2.6 編織帶編織機之機械原理 21
2.7 編織帶角度 22
2.8 多層編織理論 23
第三章 實驗 24
3.1 聚乳酸(PLA)編織帶之製備流程 24
3.2 聚乳酸/磷酸鈣骨水泥複合支架之製備 25
3.2.1 不同溫度熱處理兩小時之流程 25
3.2.2 160℃熱處理不同時間之流程 26
3.3 實驗流程說明 27
3.4 實驗測試 28
3.6.1 實體顯微鏡觀察 28
3.6.2 編織帶拉伸測試 28
3.6.3 熱示差掃描分析儀(DSC) 28
3.6.4 磷酸鈣骨水泥含量測試 29
3.6.5 PLA/CPC抗壓強度測試 29
3.6.6 掃描式電子顯微鏡(SEM) 29
3.6.7 X光繞射分析(XRD) 30
3.6.8 傅立葉紅外線光譜儀(FTIR) 31
第四章 結果 32
4.1 光學影像分析與實體顯微鏡分析 32
4.2 聚乳酸編織帶之拉伸測試 36
4.3 聚乳酸編織帶之熱示差掃描分析儀(DSC)測試 37
4.4 磷酸鈣骨水泥含量與編織層的相關性 38
4.5 PLA/CPC複合材料之實體顯微鏡分析 39
4.6 PLA/CPC複合材料之SEM分析 46
4.7 PLA/CPC複合材料之抗壓強度測試 53
4.8 PLA/CPC複合材料 之ATR分析 60
4.9 PLA/CPC複合材料之XRD分析 62
第五章 討論 64
5.1 光學影像分析與實體顯微鏡分析 64
5.2 編織帶之拉伸測試 64
5.3 聚乳酸編織帶之熱示差掃描分析儀(DSC)測試 64
5.4 磷酸鈣骨水泥含量與編織層的相關性 65
5.5 PLA/CPC複合材料之實體顯微鏡分析 65
5.6 PLA/CPC複合材料之SEM分析 66
5.7 PLA/CPC複合材料之抗壓強度測試 67
5.8 PLA/CPC複合材料 之ATR分析 68
5.9 PLA/CPC複合材料之XRD分析 68
第六章 結論 69
參考文獻 70
中文部份 70
英文部份 71

王長君、王仁傑、張麗姿、殷鳳儀、史中、王嘉銓、劉念先、馬國興、趙壯飛、徐佳福、鄭瓊娟、蔡元榮、吳慶祥(2006)。ROSS 組織學。合記圖書出版社，台北。
王盈錦、林峰輝、胡孝光、黃玲惠、 黃義侑、蔡瑞瑩、闕山璋。生物醫學材料。國立編譯館，台北。
吳其曄(2006)。高分子凝聚態物理及其進展。華東理工大學出版社，145-187。
吳松濂(2010)。海藻酸鈉/透明質酸/幾丁聚醣複合敷料之製備技術及其生物適應性評估。中臺科技大學醫學工程暨材料研究所碩士論文。
呂重明(1991)。生醫材料的衰變探討系列之二陶瓷材料的衰變。Biomedical Engineering - Application，Basic &; Communication， 431-433。
李玉寶(2003)。生物醫學材料。化學工業出版社，1。
李宛如、張根源、潘荔諄(1999)。生物吸收性高分子之生物活化性表面處理。化工資訊，39 -40，。
肖長發(1991)。纖維複合材料-纖維，荃體，力學性能。中國石化出版社，6-14。
林建甫(2010)。編織角度對複合材料螺旋彈簧疲勞性質研究。逢甲大 學紡織工程研究所碩士論文。
張家豪(2006)。利用模擬體液製成誘導金屬纖維表面生成類骨性磷灰石之研究。逢甲大學紡織工程研究所博士論文。
張晉瑋(2013)。磷酸鈣鹽類複合玻尿酸/明膠多孔性骨支架之性質評估。逢甲大學纖維與複合材料學系碩士論文。
温仕鵬(2012)。磷酸三鈣/聚乳酸多孔複合人工骨支架之製備技術與特性評估。逢甲大學纖維與複合材料學系碩士論文。
黃世偉(2010)。高分子材料與醫療器材。科學發展，455，14-19。
黃郁萍(1993)。氫氧磷灰石於牙周病治療之應用。牙醫學雜誌， 160-161。
黃義侑(1996)。生分解性PLA及其共聚物在醫學上的應用。化工技術，4(7)，152-159。
廖俊仁(2000)。生醫骨科材料之發展與應用。化工資訊，6-13。
謝宗志(2006)。聚乳酸/幾丁聚醣加撚製備複合可吸收手術縫合線之製程技術及其生物性評估。逢甲大學紡織工程研究所碩士論文。
闕山璋(1993)。骨科生醫合金與人工關節。材料與社會，78，54-56。
闕山璋(2001)。金屬生醫材料簡介。化工技術，9(5)，163-168。
羅文良、張哲壽(1996)。氫氧磷灰石與膠原蛋白在骨癒合上的影響。牙醫學雜誌，16，153-156。
關艷鋒、鄭今歡、許建華(2008）。熱處理對聚乳酸纖維結晶結構和力學性能的影響。浙江理工大學學報，25(3)，256-260。

Albee, F., &; Morrison, H. (1920). Studies in bone growth. Annals of surg, 71, 32-38.
Araque-Monrós, María, C., Vidaurre, A., Luis, G.S, Bernabé S. G., Manuel, M. P., Jorge, M. E. (2013). Study of the degradation of a new PLA braided biomaterial in buffer phosphate saline, basic and acid media, intended for the regeneration of tendons and ligaments. Polymer Degradation and Stability, 98(7), 1563-1570.
Ayranci, C., &; Carey, J. (2008). 2D braided composites: A review for stiffness critical applications. Composite Structures, 85(1), 43–58.
Brown, W. E., &; Chow, L. C. (1985). Dental resptorative cement pastes. United States Patent, No.4518430.
Carothers, W. H., Dorough, G. L., &; Van Natta, F. J. (1932). Studies of polymerization and ring formation. X. The reversible polymerization of six-membered cyclic esters. Journal of the American Chemical Society, 54, 761–772.
Driskell, T. D., Heller, A. L., &; Koenigs, J. (1975). Dental treatments, United States Patent, No.3913229.
Dufresne, A. M., &; Lafreniere, D. (2000). Soft Tissue Response in the Rabbit Larynx Following Implantation of Lactosorb (PLA/PGA copolymer) Prosthesis for Medialization Laryngoplasty. Journal of Voice, 14(3), 387-397.
Evis, Z., Ustab, M., &; Kutbayb, I. (2009). Improvement in sinterability and phase stability of hydroxyapatite and partially stabilized zirconia composites. Journal of the European Ceramic Society, 29, 621-628
Feenstra, L., &; de Groot, K. (1983). Medical Use of Calcium Phosphate Ceramics. CRC Press: Boca Raton, 131-134.
Getter, L., Bhaskar, S., Cutright, D., Perez, B., Brady, J., Driskell, T., &; O’Hara, M. (1972). Three biodegradable calcium phosphate slurry implants in bone. Journal of oral surgery, 30(4), 263-268.
Gisep, A. (2002). Research on ceramic bone substitutes: current status. Injury, 33, 88-92.
Graves, G. A., Hentrich, R. L., Stain, H. G., &; Baijpai, P. K. (1972). Resorable ceramic implants in bioceramic. Engineering in Medicine, 91-115.
Hartmann, M. H. (1988). High Molecular Weight Polylactic Acid Polymers. Biopolymers from Renewable Resources, 367–411.
Hench, L. L. (1991). Bioceramics: From Concept to Clinic. Am Ceram Soc Bull, 74(7), 72-93.
Hentrich, R. L., Graves, G. A., &; Baijpai, P. K. (1971). An evaluation of inert and resorbable ceramics for future clinical application. Journal of biomedical materials research, 5(1), 25-51.
Jarcho, M., Kay, J., Gumaer, K., Doremus, R., &; Drobeck, H. (1977). Tissue, cellular and subcellular events at a bone-ceramic hydroxyapatite interface. Journal of bioengineering, 1(2), 79-92.
Kingery, W. D., Bowen, H. K., &; Uhlmann, D.R. (1976). Introduction to ceramics. 2nd ed., 368.
Lin, F. H., Lin, C. C., Liu, H. C., Huang, Y. Y., &; Wang, Y. Y. (1994) Sintered porous-bioglass &; hydroxyapatite as bone substitute, Biomaterials, 15(13), 1087-1098.
Lin, J. H., Tsai, I. S., &; Hsing, W. H. (1988). Introduction to an Innovative Rotor Twister. The Journal of The Textile Institute, 89, 266-273.
Park, E., Cho, H., Kim, M., &; Yoon J. (1802). Chain extension and mechanical properties of unsaturated aliphatic copolyesters based on poly(L-lactic acid). Journal of Applied Polymer Science, 90, 1802-1807.
Park, J. B., &; Lakers, R. S. (1992). Biomaterials: An Introduction. 2nd ed., 89-92.
Peelen, J., Rejda, B., Vermeiden, J., &; de Groot K. (1977). Sintered tricalcium phosphate as bioceramic. Science of ceramics, 9, 226-236.
Pluta, M., Murariu, M., Alexandre, M., Galeski, A., &; Dubois, P. (2008). Polylactide compositions. The influence of ageing on the structure,thermal and viscoelastic properties of PLA/calcium sulfate composites. Polymer Degradation and Stability, 93(5), 925-931
Ray, R., Degge, J., Gloyd, P., &; Mooney, G. (1952). Bone regeneration. J Bone Joint Surg, 34A, 638-647.
Roy, D. M., &; Linnehan, S. K. (1974). Hydyoxyapatite formed from coral skeletal carbonate by hydrothermal exchange. Nature, 247, 220-222.
Zhu, K. J., Hendren, R. W., Jensen, K., &; Pitt, C. G. (1991). Macromolecules, 24, 1736.