Na、Mg、Zn、Ti掺杂58S生物活性玻璃和玻璃陶瓷的制备与性能研究

论文摘要

生物活性玻璃由于其优良的骨修复功能而得到了广泛的研究。与传统熔融法制备的生物玻璃相比,采用溶胶凝胶法制备的同组份的生物玻璃具有更高的生物活性与降解速度。溶胶凝胶生物玻璃的生物活性、降解性等性能可通过调节其化学组成和制备工艺参数进行控制,这为针对不同需要来设计生物玻璃提供了可能。本研究在已被证明具有良好生物活性的溶胶凝胶生物玻璃58S基础上,通过掺入Na2O、MgO、ZnO和TiO2等不同氧化物,研究了不同价态离子以及ZnO含量对玻璃的析晶、强度、孔隙率、生物活性、降解性以及细胞相容性的影响,为材料设计提供了指导。并通过与聚酯复合,来提高生物玻璃的细胞相容性。同时,通过工艺改进,制备了多孔玻璃和玻璃陶瓷支架,并与聚琥珀酸酯（PBS）、乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）进行复合。研究得出的主要结论如下:（1）　玻璃的Si-O网络结构是影响生物玻璃性能的决定因素,不同离子通过调节玻璃的Si-O网络来对玻璃性能产生影响。其中:Na2O取代CaO降低了玻璃网络的完整性,使玻璃网络中出现更多的断点,促进玻璃的结晶,Na2O的掺入能加快玻璃的离子释放和降解速度,促进羟基磷灰石（HA）的形成;MgO、ZnO取代CaO不改变玻璃网络完整性,但使玻璃Si-O网络结构更加紧密,在性能上表现出促进玻璃和玻璃陶瓷的结晶,降低玻璃的降解速度和HA的沉积速度。Ti能够参与玻璃网络构建,玻璃中TiO2取代CaO提高了玻璃网络完整性,降低了玻璃的降解速度和HA沉积速度。在HA沉积和降解速度方面,ZnO的影响作用比MgO和TiO2更为明显。（2）　玻璃中ZnO除了通过阻碍Si4+离子释放来减缓富Si层对HA沉积的诱导作用外,含ZnO玻璃释放的Zn2+离子对HA的沉积也具有抑制作用。玻璃中ZnO含量超过12 mol%时,玻璃将不能诱导HA的沉积。玻璃陶瓷中ZnO含量超过3 mol%时,同样不能诱导HA的沉积。（3）　玻璃和玻璃陶瓷释放的Si4+与Zn2+离子浓度是影响细胞增殖的主要原因。合适浓度的Si4+和Zn2+离子能够促进成骨细胞的增殖,但过高浓度的离子

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 第一节 骨替代与修复材料
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 骨替代和修复材料的要求
• 1.1.3 骨替代和修复材料的来源
• 1.1.4 人工骨替代和修复材料
• 1.1.4.1 生物惰性材料
• 1.1.4.2 生物活性材料
• 1.1.4.3 生物降解材料
• 1.1.4.4 第三代生物材料
• 第二节 生物玻璃和玻璃陶瓷
• 1.2.1 引言
• 1.2.2 生物玻璃的制备方法
• 1.2.2.1 熔融法
• 1.2.2.2 溶胶凝胶法
• 1.2.3 生物玻璃和玻璃陶瓷的组成与结构
• 1.2.4 生物活性玻璃的生物活性反应
• 1.2.5 生物玻璃的降解
• 1.2.6 生物玻璃未来的发展方向
• 第三节 本课题的提出及主要研究内容
• 1.3.1 本课题的提出
• 1.3.2 本论文研究的主要内容
• 参考文献
• 2O、MgO、ZnO、TiO₂掺杂对58S生物活性玻璃和玻璃陶瓷性能的影响'>第二章 Na₂O、MgO、ZnO、TiO₂掺杂对58S生物活性玻璃和玻璃陶瓷性能的影响
• 第一节 玻璃粉体以及玻璃和玻璃陶瓷块体制备
• 2.1.1 引言
• 2.1.2 材料与方法
• 2.1.2.1 化学试剂
• 2.1.2.2 玻璃粉体制备工艺流程
• 2.1.2.3 煅烧温度的确定
• 2.1.2.4 玻璃和玻璃陶瓷块体的制备
• 2O、MgO、ZnO、TiO₂ 掺杂对58S 生物玻璃和玻璃陶瓷物理性能的影响'>第二节 Na₂O、MgO、ZnO、TiO₂ 掺杂对58S 生物玻璃和玻璃陶瓷物理性能的影响
• 2.2.1 引言
• 2.2.2 材料与方法
• 2.2.3 结果与分析
• 2.2.3.1 玻璃粉体、玻璃与玻璃陶瓷的形貌
• 2O、MgO、ZnO、TiO₂对58S生物玻璃和玻璃陶瓷结晶的影响'>2.2.3.2 Na₂O、MgO、ZnO、TiO₂对58S生物玻璃和玻璃陶瓷结晶的影响
• 2O、MgO、ZnO、TiO₂对58S生物玻璃和玻璃陶瓷强度与孔隙率的影响'>2.2.3.3 Na₂O、MgO、ZnO、TiO₂对58S生物玻璃和玻璃陶瓷强度与孔隙率的影响
• 2O、MgO、ZnO、TiO₂ 掺杂对58S生物玻璃降解及生物活性的影响'>第三节 Na₂O、MgO、ZnO、TiO₂掺杂对58S生物玻璃降解及生物活性的影响
• 2.3.1 引言
• 2.3.2 材料与方法
• 2.3.2.1 化学试剂
• 2.3.2.2 离子释放活化能
• 2.3.2.3 生物玻璃的降解
• 2.3.2.4 生物活性评价
• 2.3.3 结果与分析
• 2O、MgO、ZnO、TiO₂对58S生物玻璃离子释放的影响'>2.3.3.1 Na₂O、MgO、ZnO、TiO₂对58S生物玻璃离子释放的影响
• 2O、MgO、ZnO、TiO₂对58S 生物玻璃体外降解放的影响'>2.3.3.2 Na₂O、MgO、ZnO、TiO₂对58S 生物玻璃体外降解放的影响
• 2O、MgO、ZnO、TiO₂对58S 生物玻璃体外生物活性的影响'>2.3.3.3 Na₂O、MgO、ZnO、TiO₂对58S 生物玻璃体外生物活性的影响
• 2.3.4 讨论
• 本章结论
• 参考文献
• 第三章 ZnO 含量对58S生物玻璃和玻璃陶瓷性能的影响
• 第一节 含ZnO生物玻璃与玻璃陶瓷的制备与表征
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 材料和方法
• 3.1.2.1 含ZnO 生物玻璃与玻璃陶瓷的制备
• 3.1.2.2 含ZnO生物玻璃与玻璃陶瓷的表征
• 3.1.3 结果与分析
• 3.1.3.1 Zn 元素在玻璃中的分布
• 3.1.3.2 ZnO 含量对58S 生物玻璃和玻璃陶瓷结晶的影响
• 3.1.3.3 ZnO含量对58S生物玻璃和玻璃陶瓷强度与孔隙率的影响
• 第二节 ZnO含量对58S 生物玻璃降解与生物活性的影响
• 3.2.1 材料与方法
• 3.2.2 结果与分析
• 3.2.2.1 ZnO对58S 生物玻璃Si离子释放活化能的影响
• 3.2.2.2 ZnO 含量对58S 生物玻璃降解的影响
• 3.2.2.3 Zn 对HA沉积的影响
• 第三节 含ZnO 生物玻璃与玻璃陶瓷的细胞相容性
• 3.3.1 引言
• 3.3.2 材料和方法
• 3.3.2.1 实验用材料及化学试剂
• 3.3.2.2 成骨细胞的提取与培养
• 3.3.2.3 浸提液的制备
• 3.3.2.4 浸提液成骨细胞的培养
• 3.3.2.5 成骨细胞在玻璃和玻璃陶瓷上的贴壁与增殖
• 3.3.2.6 统计学分析
• 3.3.3 结果与分析
• 3.3.3.1 浸提液的细胞培养
• 3.3.3.2 成骨细胞的贴壁与增殖
• 本章结论
• 参考文献
• 第四章 多孔生物玻璃、玻璃陶瓷及其与聚酯复合支架的制备与性能研究
• 第一节 多孔生物玻璃、玻璃陶瓷支架的制备与表征
• 4.1.1 引言
• 4.1.2 多孔生物玻璃与玻璃陶瓷支架的制备与表征
• 4.1.2.1 材料与方法
• 4.1.2.2 结果与分析
• 第二节 生物玻璃陶瓷支架与聚酯的复合
• 4.2.1 引言
• 4.2.2 58S 生物玻璃块体与聚酯复合材料的制备与性能研究
• 4.2.2.1 材料与方法
• 4.2.2.2 结果与分析
• 4.2.3 58S3Z-1200℃-PBS、58S3Z-1200℃-PLGA 复合支架的制备与性能研究
• 4.2.3.1 复合支架的制备与表征
• 4.2.3.2 结果与分析
• 第三节 多孔支架的降解性与细胞相容性
• 4.3.1 引言
• 4.3.2 支架的降解
• 4.3.2.1 材料与方法
• 4.3.2.2 结果与分析
• 4.3.3 支架的细胞相容性
• 4.3.3.1 材料与方法
• 4.3.3.2 结果与分析
• 本章结论
• 参考文献
• 第五章 结论与展望
• 附录Ⅰ
• 附录Ⅱ
• 致谢