含CO32-的纳米缺钙羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的制备及性能研究

论文摘要

骨缺损修复材料一直是生物材料领域的研究热点之一。十多年来,由于组织工程修复材料的诸多优点使得其已逐渐成为骨修复材料发展的方向。组织工程支架材料的发展走过了由单一的生物高分子材料、无机生物陶瓷材料等向复合多孔材料发展的道路。羟基磷灰石（HA）/有机聚合物复合材料是当前硬组织修复材料研究中的重点之一。HA是构成人骨无机质的主要成分,具有优异的生物相容性和生物活性,能与骨组织形成牢固的键合,一直是近二、三十年骨修复和替代材料研究的热点。但其脆性大,在生理条件下抗疲劳性不强,从而限制了其临床应用。将HA与一些韧性较好、弹性模量与人骨接近的聚合物复合,可以将二者的优良性能充分结合起来,有望得到高强、柔韧、易加工塑形、力学相容性好且具有良好生物相容性和生物活性的新一代骨修复材料。本文以Ca（NO3）2·4H2O, （NH4）2HPO4和NH4HCO3为原料,采用化学沉淀法辅以微波辐射制备了含碳酸根的纳米缺钙羟基磷灰石（d-CHA）,讨论了溶液pH值、微波辐射时间、微波功率等工艺条件对所制得的d-CHA粉体钙磷摩尔比的影响。用XRD、IR、SEM对所制得的粉体进行了分析。研究结果表明:在pH为8～9的范围内,以一个适中的微波功率辐射处理反应溶液1小时,能够在较短时间内合成d-CHA粉体。本文采用改进的溶液共混-模压成型-沥滤法来制备d-CHA/PLA多孔复合材料,希望得到具有良好生物相容性、力学性能及生物降解性,能符合骨细胞生长需要的组织工程支架材料,通过对d-CHA/PLA用量比及孔隙率等参数的控制,来调节材料的机械性能与生物降解速率。并利用XRD、IR、SEM等现代化分析手段,以及化学物理分析方法,对复合材料的成分、微观结构、孔隙率、吸水率、抗压强度等性能进行了分析和表征。研究结果表明,采用化学沉淀法辅以微波辐射所制备的d-CHA是制备复合材料的理想原料。在制备d-CHA/PLA多孔复合材料时,当致孔剂含量为60%70%时,复合材料的孔隙率可达60%70%,能满足细胞生长的要求。材料的抗压强度可以达到3MPa,符合骨组织工程的要求。实验还发现,当PLA/d-CHA用量比相同时,致孔剂加入量越大,复合材料孔隙率越高,力学强度越低。PLA与d-CHA用量不同对支架材料力学性能有明显的影响,其它条件相同时,d-CHA/PLA用量比为2:8的情况下支架材料具有相对较好的成型性及抗压强度。将上述制得的d-CHA/PLA多孔复合材料,浸泡在模拟体液（SBF）中,置于37℃恒温水浴里,进行体外降解,通过X-射线衍射（XRD）、红外光谱仪（FTIR）及SEM分析,发现有少量的d-CHA转化为类骨磷灰石。由材料的降解试验结果还可以看出,PLA用量越多,或d-CHA用量越少,复合材料的降解速率越快。且降解试验结果显示,d-CHA/PLA比例为2:8的材料降解速率适中,具有较好的生物降解性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 骨修复材料的研究进展
• 1.2.1 人体骨组织的结构和性能
• 1.2.2 骨修复材料的分类及其性能比较
• 1.2.3 骨组织替代材料的发展方向
• 1.3 羟基磷灰石的研究现状
• 1.3.1 羟基磷灰石的组成和晶体结构
• 1.3.2 羟基磷灰石的物理化学性质
• 1.3.3 羟基磷灰石的生物学性质
• 1.3.4 纳米羟基磷灰石的性质及应用
• 1.3.5 纳米羟基磷灰石的制备方法
• 1.4 缺钙羟基磷灰石的研究进展
• 1.5 聚乳酸的性能及应用
• 1.6 纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的研究现状
• 1.6.1 羟基磷灰石/聚乳酸复合材料制备工艺研究
• 1.6.2 影响复合材料性能的因素
• 1.7 本课题研究的目的、意义和设想
• 2 纳米 d-CHA 的制备与性能表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂
• 2.2.2 主要仪器
• 2.2.3 实验原理
• 2.2.4 实验步骤与方法
• 2.2.5 分析检测
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 反应温度的选择
• 2.3.2 配料Ca/P 比率的选择
• 2.3.3 pH 值对产物Ca/P 比率的影响
• 2.3.4 微波辐射时间对产物Ca/P 比率的影响
• 2.3.5 微波辐射功率对产物Ca/P 比率的影响
• 2.3.6 产物的物相分析
• 2.3.7 产物的平均晶粒尺寸计算
• 2.3.8 产物的SEM 分析
• 2.3.9 产物的IR 分析
• 2.4 本章小结
• 3 多孔d-CHA/PLA 复合材料的制备与性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 主要仪器
• 3.2.3 实验步骤与方法
• 3.2.4 分析检测
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 溶剂的选择
• 3.3.2 复合材料扫描电镜观察结果
• 3.3.3 复合材料组成分析结果
• 3.3.4 复合材料孔隙率、力学性能测试结果及讨论
• 3.4 本章小结
• 4 多孔d-CHA/PLA 复合材料的体外生物学评价
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要试剂
• 4.2.2 主要仪器
• 4.2.3 生理盐水浸泡实验
• 4.2.4 模拟体液浸泡实验
• 4.2.5 分析检测
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 复合材料孔隙率对降解性能的影响
• 4.3.2 复合材料相组成对降解性能的影响
• 4.3.3 无机相对降解性能的影响
• 4.3.4 模拟体液浸泡后样品的形貌
• 4.3.5 模拟体液浸泡生成物的XRD 分析
• 4.3.6 模拟体液浸泡生成物的IR 分析
• 4.3.7 类骨磷灰石的形成机理
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目及得奖情况