第27卷第5期 实验室研究与探索 Vol 27No 008年5月 RESEARCH AND EX PLORAT IN N LABORATORY M ay 2008 人造骨杨氏弹性模量的测量与材料物理稳定性的研究 刘盈,曹正东,陆申龙2 (1同济大学物理系,上海200022复旦大学物理系,上海200433) 摘要:人造骨是骨科治疗中的新材料,将该材料引λ到弯曲法测杨氏模量中,可作为医用物理设计性 实验。对人造骨材料杨氏弹性模量测量结果发现其值与生物骨参数较为-致,生物相容性好。笔者还 研究了它与湿度、温度及生理盐水浸泡的关系,数据表明该村料的物理稳定性极好。 关键词:人造骨;杨氏弹性模量;霍尔位置传感器;医用物理实验 中图分类号:O433 文献标识码:A 文章编号:1006-7167(2008)05-0039-04 Measurement of Young, s Lstc Modulus ofartifica Bone and study on Phys ical S tab ility of the matra LIU Y CAO Zheng LU Shen-loy (1. Departm ent of Physics Tongji Un iers ity, Shanghai 200092 Chna 2 Department of Phys ics Fudan U niversity Shanghai 200433 Ch na) Abstract A r ific ial bone B a kind of new m aterial n orthoped ic therapy Inducting h ism aterial n the m easurement of Y oung's elast ic m odu his w ith bend ing method can be used as med ical phys ics design experiment The measurement resu Its of the y s elast ic m odu hs of art ific il bone are co nc ied w ith that of bio bg ica l bone. and indicate that it has fine biocam patbility The relationsh p betw een Young'smodu hus and tem perature hum i ity or mmers ion i physi olog ic salne were also researched The results prove that the phys ical stab ility of the materal s excellent Key words artific ial bone Young' s elastic modu hs H all position sensor med ical phys ics experim ent CLC num ber 04-33 Docum ent code a Article D 1006-7167( 2008)05-0039-04 1引言 人造骨(PEK)材料的杨氏弹性模量测定,并改变实 验环境来验证其良好的生物相容性。对于医学类本科 杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理学生来说,该实验可以训练基本物理量的测量思想,认 量,是科硏、生产中选择适当材料的重要依据。而测定识弹性模量、应力、应变等基本概念,掌握简单生理环 杨氏弹性模量是理工科物理实验的经典实验,该实验境的模拟,并掌握逐差法、最小二乘法等数据处理方 方法和实验内容极具代表性。为适应近年来医用物理法2。该实验可以优化实验室资源配置,提高实验课 实验改革与发展,现将原实验进行改进,在原有实验仪程的教学质量。现已在复旦大学物理实验中心开设本 器设备上添加新材料、新方法,达到与医学应用紧密结实验广泛受到师生好评。 合的目的。本实验就是利用霍尔位置传感器进行2人造骨简介 收稿日期:2007-07 聚醚醚酮(PEEK)是一种全芳香半结晶性高聚 份者简介:刘盈(1984-),女,北京人,在读本科生。Td物,具有多种优良的综合性能:对氧高度稳定,具有坚 109907Q Em ail dekyda sohu com 韧、高强度、高刚性和耐蠕变的特点,有突出的抗疲劳 通信作者:曹正东(1948-男江苏兴化人副教授主要研究方性和生物相容性。高性能碳纤维增强PEEK复合材料 向物理实验教学。Tel65989017 聚合物可以作为金属材料的替代物而应用于骨科治 陆申龙(1940-),男,浙江宁波人,教授,主要研究方向计量学,科 教仪器研究和物理实验教学。Te6564308 疗,如作为假体植入人体,替代原有的下颌骨,腰椎等。 ournalElectronicPUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net第 27卷 第 5期 2008年 5月 实 验 室 研 究 与 探 索 RESEARCH AND EXPLORAT ION IN LABORATORY Vo.l 27N o. 5 M ay 2008 人造骨杨氏弹性模量的测量与材料物理稳定性的研究 刘 盈 1 , 曹正东 1 , 陆申龙 2 ( 1. 同济大学 物理系, 上海 200092; 2. 复旦大学 物理系, 上海 200433) 摘 要: 人造骨是骨科治疗中的新材料, 将该材料引入到弯曲法测杨氏模量中, 可作为医用物理设计性 实验。对人造骨材料杨氏弹性模量测量结果发现其值与生物骨参数较为一致, 生物相容性好。笔者还 研究了它与湿度、温度及生理盐水浸泡的关系, 数据表明该材料的物理稳定性极好。 关键词: 人造骨; 杨氏弹性模量; 霍尔位置传感器; 医用物理实验 中图分类号: O4
33 文献标识码: A 文章编号: 1006- 7167( 2008) 05- 0039- 04 Measurement ofYoung s Elastic Modulus o fArtificial Bone and Study on PhysicalStab ility of the Materia l LIU Ying 1 , CAO Zheng
dong 1 , LU Shen
long 2 ( 1. Departm ent of Physics, TongjiUn iversity, Shanghai 200092, China; 2. Department of Physics, Fudan U niversity, Shangha i 200433, Ch ina) Abstract: A rtific ial bone is a kind of new material in orthoped ic therapy. Inducting th ism aterial in the measurement o f Y oung s elastic modu lus w ith bend ing method can be used as med ica l physics design experimen.t The measurement resu lts of the Young s elasticmodu lus o f artific ia l bone are co inc ided w ith that of bio log ica l bone, and indicate that it has fine biocompa tib ility. The relationsh ip betw een Young smodulus and temperature, hum id ity or immersion in physi
olog ic sa line, w ere also researched. The results prove that the physica l stab ility o f themateria l is excellen.t K ey words: artific ial bone; Young s elastic modu lus; H all position sensor; med ica l physics experim ent CLC number: O4
33 Docum ent code: A Article ID: 1006- 7167( 2008) 05- 0039- 04 收稿日期: 2007- 07- 24 作者简介: 刘 盈 ( 1984 - ), 女, 北 京人, 在读 本科生。 T e:l 13761099070; E
m ai:l dekyo@ sohu. com 通信作者: 曹正东 ( 1948 - ), 男, 江苏兴化人, 副教授, 主要研究方 向物理实验教学。Te:l 65989017. 陆申龙 ( 1940- ), 男, 浙江宁波人, 教授, 主要研究方向计量学, 科 教仪器研究和物理实验教学。Te:l 65643085 1 引 言 杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理 量, 是科研、生产中选择适当材料的重要依据。而测定 杨氏弹性模量是理工科物理实验的经典实验, 该实验 方法和实验内容极具代表性。为适应近年来医用物理 实验改革与发展, 现将原实验进行改进, 在原有实验仪 器设备上添加新材料、新方法, 达到与医学应用紧密结 合的目的 [ 1]。本实验就是利用霍尔位置传感器进行 人造骨 ( PEEK ) 材料的杨氏弹性模量测定, 并改变实 验环境来验证其良好的生物相容性。对于医学类本科 学生来说, 该实验可以训练基本物理量的测量思想, 认 识弹性模量、应力、应变等基本概念, 掌握简单生理环 境的模拟, 并掌握逐差法、最小二乘法等数据处理方 法 [ 2]。该实验可以优化实验室资源配置, 提高实验课 程的教学质量。现已在复旦大学物理实验中心开设本 实验, 广泛受到师生好评。 2 人造骨简介 聚醚醚酮 ( PEEK ) 是一种全芳香半结晶性高聚 物, 具有多种优良的综合性能: 对氧高度稳定, 具有坚 韧、高强度、高刚性和耐蠕变的特点, 有突出的抗疲劳 性和生物相容性。高性能碳纤维增强 PEEK 复合材料 聚合物可以作为金属材料的替代物而应用于骨科治 疗, 如作为假体植入人体, 替代原有的下颌骨, 腰椎等。