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目的:测试C/C-PDMS-CA新型复合材料的力学性能和生物相容性情况,并进行动物体内实验,评价其作为人工小关节假体材料的可行性。方法:1、C/C-PDMS-CA新型复合材料的制备及表征:采用溶剂冻干挥发法,将C/C材料浸于PDMS溶液中冰浴10h,取出并于55℃的电子烘干箱中烘干5h,制得C/C-PDMS复合材料。将C/C-PDMS复合材料于CA溶液中浸泡10h,用流动的双馏水冲洗三遍后,得到C/C-PDMS-CA复合材料。将C/C-PDMS-CA复合材料进行X射线光电子能谱(XPS)检测,对材料表面的化学元素组成进行鉴定分析;使用扫描电子显微镜扫描,观察三种材料的表面情况,并在亲水角测量仪中测量三种材料的亲水角,以确定PDMS及PDMS-CA在C/C材料表面的修饰情况。2、力学性能测试:将相同规格尺寸的C/C材料、C/C-PDMS复合材料及C/C-PDMS-CA复合材料放置于电子万能试验机上,每组各10例,分别进行抗弯、抗压测试。另将三组放于摩擦磨损试验机中进行摩擦磨损测试,分析各组的力学性能。3、生物相容性及抑菌性测试:将灭菌处理后的三组材料置于48孔板底部,加入0.2ml复苏后的小鼠胚胎成纤维细胞(3T3)进行细胞培养,于4h、24h两个时间段内观察每种材料表面的细胞数量及形态。另取三组材料于48孔板中,加入培育好的大肠杆菌进行培养,在3h、6h内观察大肠杆菌的数量及形态变化,分析各组材料的抑菌性能。4、动物体内实验:将24只3月大、体重为1.5~2kg的新西兰大白兔随机分为4组,雌雄各半,设置为空白组、对照组、实验组1、实验组2。麻醉处理后,使用牙科钻在兔胫骨内侧髁关节面处沿胫骨长轴钻一直径为4mm、深10mm的孔洞。将灭菌后的柱状C/C材料、C/C-PDMS材料及C/C-PDMS-CA材料分别填充至对照组、实验组1和实验组2孔洞中,空白组不填充任何材料,逐层缝合,分笼饲养。在术后第3周、第6周及第9周分别检测各组假体的骨密度,并拍摄X线片及扫描CT,对CT影像进行三维建模后,观察各组假体与周围骨组织的的生长情况。第9周将实验动物处死,观察假体周围的骨溶解情况。结果:1、C/C-PDMS-CA合材料的表征:XPS图谱显示,与C/C材料相比,C/C-PDMS材料及C/C-PDMS-CA材料表面的C元素含量减少、O及Si元素含量增加;扫描电镜显示C/C材料表面为簇状聚集的球形C颗粒,颗粒间的空隙较大,C/C-PDMS材料及C/C-PDMS-CA材料表面均呈现光滑、有线状规则条纹的纹理,无空隙产生。亲水角测试显示C/C-PDMS材料的亲水角最大,C/C-PDMS-CA材料其次,C/C材料的亲水角最小。2、力学性能测试:C/C-PDMS材料组与C/C-PDMS-CA材料组在抗弯性能、抗压性能及抗磨损性能方面无明显变化(p>0.05),但均优于C/C材料组,差异具有统计学意义(p<0.05)。3、生物相容性试验:细胞贴附方面,在第4h、24h时各组材料表面的3T3细胞数量均逐渐增加,且C/C-PDMS-CA材料组的细胞数量变化最为明显,C/C-PDMS材料组数量变化最小。同一时间点内,C/C-PDMS-CA材料组的细胞数量最多,细胞形状正常,呈现规则的梭形。其次为C/C材料组,C/C-PDMS材料组的细胞数量最少,且细胞形状多为圆形、椭圆形。抑菌性方面,在第3h、6h时各组材料表面的大肠杆菌数量均逐渐增加,C/C材料组细菌数增加最为明显,其次为C/C-PDMS材料组,C/C-PDMS-CA材料组大肠杆菌数量变化最小。相同时间点内,C/C-PDMS-CA材料组大肠杆菌数量最少,且死亡率最高,明显优于其他两组(p<0.05)。4、动物体内实验:术后动物均自然苏醒,成活良好,饮食正常,创口均Ⅰ期愈合,无红肿及感染发生。X线及CT成像显示,空白组关节孔洞内壁光滑、洞口部分骨质吸收。对照组孔洞处有较多的骨小梁密集分布,实验组1骨小梁数量逐渐减少,孔洞增大。实验组2骨小梁呈网状密集分布于孔洞周围,孔洞较小。骨密度测试显示:实验组1骨密度最小,其次为空白组、对照组,实验组2骨密度最大。处死后取出股骨,可见空白组关节缺损孔洞仍有部分凹陷,但表面有部分软骨组织覆盖。对照组关节假体与周围骨组织结合紧密,无突出、松动,表面有软骨组织覆盖,但软骨组织被C/C材料的黑色磨屑染为黑色。实验组1中关节假体表面无软骨组织覆盖,与周围骨组织分界明显。实验组2中关节假体表面被一层透明、光滑的关节软骨覆盖,表面无凹陷、假体无松动,与周围骨组织结合紧密。结论:C/C-PDMS-CA材料具有较佳的力学性能、良好的生物相容性,体内生长情况良好,与周围组织无免疫排斥反应,无磨屑产生,可替代传统C/C材料作为人工小关节假体的理想材质。