纳米缺钙羟基磷灰石复合生物玻璃的研究

论文摘要

骨组织工程修复材料作为骨修复材料中的重要部分一直受到广泛的关注。伴随着科技的发展,骨组织工程修复材料由单一的天然材料,人工合成材料,逐渐转向多孔复合材料。多孔羟基磷灰石（HA）/β-磷酸三钙（β-TCP）是多孔双相钙磷（Biphasic calcium phosphate）生物活性陶瓷的一种。因其具有良好的生物相容性,生物活性和骨诱导性,己在临床上用作骨缺损的修复。然而,强度低、力学性能不佳等缺陷限制了其应用范围。将HA/β-TCP与活性生物玻璃（Bioactive glass）复合,可以将两者的优良性能结合起来,在保证其具有良好的生物活性的前提下,增强材料的力学强度。本文以四水硝酸钙（Ca（NO3）2.4H2O）和磷酸氢二铵（（NH4）2HPO4）为原料,采用微波辅助化学沉淀法制备了HA/β-TCP的前躯体缺钙羟基磷灰石（d-HA）;用正硅酸盐乙酯和磷酸三乙酯为前驱物,采用溶胶-凝胶法制备出具有良好生物活性的生物玻璃58S（58% SiO2,33% CaO and 9% P2O5,w%）的前躯体。用XRD、IR对所制备出的粉体进行表征,用SEM观察d-HA粉体。本文改进了多孔HA/β-TCP/58S支架的制备方法。在58S未形成凝胶之前,就加入液相的d-HA悬浊液,待形成凝胶状混合体形成后进行热处理,采用注浆成型法制备出多孔支架。通过对d-HA/58S用量比及致孔剂添加量的控制,来调整多孔支架的孔隙率、显孔隙率、吸水率及力学强度,并与干压成型法制备出的多孔支架做比较。使用XRD、IR等分析手段和化学物理分析方法,对复合材料的成分,孔隙率,显孔隙率,吸水率,抗压强度做出分析和表征。利用SEM观察不同成型方法制备出的多孔支架的微观结构。研究结果表明,致孔剂含量为50%60%,采用注浆成型法制备出来的支架其孔隙率在60%70%,显孔隙率为40%50%,吸水率为40%50%;采用干压成型法制备出来的多孔支架,在相同致孔剂含量下,其孔隙率为40%50%,显孔隙率为30%35%,吸水率为20%30%。通过电镜扫描发现,采用注浆成型法制备的多孔支架内部孔隙相互连通,大孔与小孔分布均匀;其孔壁表面结构粗糙,有利于细胞的吸附。结果说明,采用注浆成型法制备出的多孔支架有着较好的内部连通性,因而其生物学性能可能更好。研究还发现,添加了58S后,复合支架的力学强度远高于HA/β-TCP支架,在孔隙率为33.2%时,复合支架的力学强度为6 Mpa,而HA/β-TCP为2.5Mpa,随着58S量的增多,复合支架力学强度有进一步提升。尽管采用注浆成型法制备出的多孔支架其力学强度低于干压成型法制备出多孔支架,但在孔隙率为46.9%时,仍达到4.1 Mpa,基本满足骨组织工程修复材料的力学要求。模拟体液体外降解实验表明,复合支架的溶液pH值随着时间的增长而略有增加,这可能更有利益支架表面的类骨磷灰石增长。综上所述,采用注浆成型法来制备多孔复合支架,是一种制备方法简便,能有效的提高支架的强度,基本构建满足组织工程需求的支架方法。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 骨修复材料
• 1.2.1 骨修复材料的发展
• 1.2.2 骨修复材料的分类及其特点
• 1.2.3 骨修复材料的发展方向
• 1.3 HA 的研究现状
• 1.3.1 HA 的组成及晶体结构
• 1.3.2 HA 羟基磷灰石的理化性质
• 1.3.3 HA 的生物学性能
• 1.3.4 HA 的应用
• 1.3.5 HA 的制备方法
• 1.4 缺钙羟基磷灰石（d-HA）的研究进展
• 1.5 生物玻璃的研究及应用
• 1.5.1 生物玻璃的制备方法
• 1.6 研究的目的、意义及内容
• 2 制备纳米d-HA
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂及设备
• 2.2.2 实验原理
• 2.2.3 实验步骤与方法
• 2.3 分析检测
• 2.3.1 产物的物象分析
• 2.3.2 产物的红外光谱分析
• 2.3.3 产物的SEM 分析
• 2.4 本章小结
• 3 生物玻璃的制备
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂及设备
• 3.2.2 实验步骤与方法
• 3.3 分析检测
• 3.3.1 产物的物象分析
• 3.3.2 产物的红外光谱分析
• 3.4 本章小结
• 4 多孔 HA/β-TCP/58S 复合支架的制备与性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂及设备
• 4.2.2 复合材料的制备
• 4.3 分析检测
• 4.3.1 产物的物象分析
• 4.3.2 产物的红外光谱分析
• 4.4 多孔支架的制备
• 4.4.1 原料的预备
• 4.4.2 多孔支架的成型
• 4.4.3 烧结方式的制定
• 4.5 干压成型法制备多孔支架
• 4.5.1 支架性能检测
• 4.6 结果与讨论
• 4.6.1 热处理温度对支架材料力学强度的影响
• 4.6.2 支架的成分组成
• 4.6.3 支架的孔隙率，显孔隙率，吸水率和抗压强度
• 4.6.4 支架内部结构的扫描电镜观察
• 4.7 注浆成型法制备多孔支架
• 4.7.1 支架性能检测
• 4.8 结果与讨论
• 4.8.1 支架的孔隙率，显孔隙率，吸水率和抗压强度
• 4.8.2 支架内部结构的扫描电镜观察
• 4.9 本章小结
• 5 支架的体外降解
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试剂及设备
• 5.2.2 体外降解复合材料的性能表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 降解过程中SBF 的pH 变化
• 5.3.2 复合支架降解过程中孔隙率及显孔隙率变化
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读学位期间发表的论文目录