纳米磷酸钙生物陶瓷的制备及其生物学效应研究

论文摘要

硬组织修复用磷酸钙生物陶瓷材料一直是国内外生物医学材料领域研究的主要课题之一。磷酸钙是自然骨的无机组成,不仅具有良好的生物相容性,且能与新骨形成化学键性结合,还可诱导骨组织再生。骨组织中的磷酸钙主要以纳米微晶有序沉积在骨胶原基质中,存在着大量的结构缺陷。目前应用的磷酸钙陶瓷主要通过高温烧结工艺制备,结晶完善、过于稳定但活性欠佳,结构和性能与自然骨矿物相差甚远。纳米磷酸钙与骨磷灰石在组成、结构和尺度上的相似性,使得纳米磷酸钙陶瓷有望成为一种生物学性能优良的骨修复材料。纳米磷酸钙生物陶瓷研究的主要问题是如何获得具有纳米尺度晶粒的陶瓷烧结体以及评价纳米晶粒所导致的生物学反应。纳米磷酸钙陶瓷的制备,应有纳米尺度的磷酸钙粉体。纳米磷酸钙粉体具有高度的表面活性,极易团聚,通常条件下难于获得纳米尺度的固态粉体。抑制烧结过程中纳米磷酸钙晶粒的长大,是制备工艺的又一难题。本文以纳米尺度的磷酸钙浆料为原料,通过对其流变性能及影响因素研究、双氧水发泡成型工艺优化,利用浆料直接成型来制备纳米磷酸钙初坯体;通过对微波烧结保温体的设计和烧结工艺的优化,应用微波烧结工艺成功地获得了晶粒尺寸小于100nm的多孔纳米磷酸钙陶瓷;通过不同晶粒尺寸的磷酸钙陶瓷的体外蛋白质吸附、成骨细胞培养实验,以及材料植入非骨部位的体内实验,初步评价了其生物相容性,探察了晶粒尺度对其生物学性能的影响;研制出具有骨诱导性的纳米磷酸钙骨支架材料。采用液相沉淀法,获得了颗粒尺寸在纳米尺度的磷酸钙浆料。本文通过合成工艺参数优化,选择聚丙烯酸作为合成添加剂,所得浆料中颗粒分布均匀,平均粒度约为80nm。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 纳米多孔磷酸钙陶瓷的研究现状
• 1.1 磷酸钙生物陶瓷
• 1.2 磷酸钙陶瓷的骨诱导性
• 1.2.1 磷酸钙陶瓷相组成
• 1.2.2 磷酸钙陶瓷孔隙结构
• 1.2.3 磷酸钙陶瓷微观结构
• 1.3 多孔磷酸钙陶瓷的成型工艺现状
• 1.3.1 水热法和自然骨煅烧法
• 1.3.2 有机泡沫浸渍法
• 1.3.3 气体发泡法
• 1.3.4 添加造孔剂法
• 1.3.5 三维设计快速成型技术（RP）
• 1.3.6 多孔磷酸钙陶瓷的制备工艺比较
• 1.4 纳米磷酸钙陶瓷的国内外研究现状
• 1.4.1 纳米陶瓷概述
• 1.4.2 纳米磷酸钙粉体的制备
• 1.4.3 纳米磷酸钙陶瓷的烧结
• 1.4.4 纳米磷酸钙陶瓷制备的技术难点
• 1.4.5 纳米磷酸钙生物陶瓷的生物学效应研究现状
• 1.5 研究内容和方法
• 参考文献
• 第二章 纳米磷酸钙粉体的制备及表征
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验原材料
• 2.2.2 磷酸钙粉体的合成方法
• 2.2.3 粉体表征方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 工艺条件对羟基磷灰石/磷酸三钙粉体相组成的的影响
• 2.3.2 合成过程机理分析
• 2.3.3 添加剂对粉体粒度纳米化的影响
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 磷酸钙浆料流变性及注浆成型工艺的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料及方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验过程与表征方法
• 3.3 工艺条件对浆料流变性能的影响
• 3.3.1 分散剂及其添加用量对浆料粘度的影响
• 3.3.2 pH 值对浆料流变性能的影响
• 3.3.3 分散剂对浆料触变性的影响
• 3.3.4 分散剂对浆料电动特性的影响
• 3.4 多孔磷酸钙陶瓷成型工艺过程的研究
• 3.4.1 双氧水法多孔陶瓷制备工艺条件的确定
• 3.4.2 浆料流变性能对初坯体孔隙结构的影响
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 多孔磷酸钙陶瓷的微波烧结工艺研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料制备及方法
• 4.2.1 实验原料及主要仪器
• 4.2.2 实验流程及操作过程
• 4.2.3 样品性能表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 红外辐射高温计的校正
• 4.3.2 烧结辅助方式对陶瓷烧结过程及试样性能的影响
• 4.3.3 陶瓷烧结基本装置的建立及其特点
• 4.3.4 烧结制度对磷酸钙多孔陶瓷性能的影响
• 4.3.5 微波烧结同常规烧结的比较
• 4.3.6 磷酸钙陶瓷微波烧结机理分析
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 纳米磷酸钙陶瓷的生物学效应研究
• 5.1 引言
• 5.2 磷酸钙纳米陶瓷对细胞增殖及分化的影响
• 5.2.1 原代培养成骨细胞形态
• 5.2.2 材料和方法
• 5.2.3 结果与讨论
• 5.3 不同结构特性的磷酸钙陶瓷表面蛋白吸附特性研究
• 5.3.1 材料和方法
• 5.3.2 结果及讨论
• 5.4 多孔磷酸钙生物陶瓷植入动物非骨部位异位成骨研究
• 5.4.1 材料和方法
• 5.4.2 结果与讨论
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 全文总结
• 本研究创新点
• 进一步工作的建议
• 在读期间发表论文目录
• 致谢