陶瓷骨支架微结构与性能的关联规律研究

发布时间：2017-04-24 14:17

  本文关键词：陶瓷骨支架微结构与性能的关联规律研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：摘要：支架是骨组织工程的三要素之一,生物陶瓷因其具有良好的生物相容性和骨传导性,被认为是理想的骨修复材料。然而目前生物陶瓷支架存在脆性大、韧性低,降解速率不可控,生物活性需进一步提高等亟待解决的问题。本文利用羟基磷灰石(HAP)晶须对支架进行增强补韧；利用二氧化硅(Si02)和氧化镁(MgO)来提高支架的生物活性；利用降解速率较快的磷酸三钙(TCP)与降解速率较慢的羟基磷灰石复合来调控支架降解性能。论文的主要研究工作与创新性成果有： 1.利用ANSYS对激光烧结生物陶瓷温度场进行了建模与仿真,得到了成型过程中三维瞬态温度场及其随烧结时间的变化规律。发现温度的梯度分布是烧结断面呈现颗粒松散、相互融合和完全致密的本质原因。 2.制备了HAP晶须增强的陶瓷支架,发现HAP晶须能很好的镶嵌于陶瓷基体中,其增强机理在于裂纹偏转、晶须桥联和晶须拔出。当晶须含量为20wt.%时有最优的增强效果,比未添加晶须支架的压缩强度和断裂韧性分别提高了50%和20%。 3.SiO2和MgO提高了陶瓷支架的生物活性,降低了支架的降解速率,促进了细胞在支架上的粘附与增殖。同时,Si02和MgO还能增强支架的压缩强度,含有5wt.%Si02和1wt.%MgO两种氧化物的支架从3.12±0.36MPa提高到10.43±0.28MPa。 4.获得了一种降解速率可控的陶瓷支架,其调控原理是控制支架中TCP和HAP的比例。研究还发现TCP/HAP双相陶瓷支架的力学性能和细胞粘附能力都要优于纯TCP和纯HAP支架。
【关键词】：选择性激光烧结 温度场 多孔支架 机械性能 生物性能
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318.08
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 人工骨简述9-11
• 1.1.1 骨的结构9-10
• 1.1.2 骨组织工程10-11
• 1.2 理想骨支架性能要求11-13
• 1.2.1 生物学性能要求11
• 1.2.2 力学性能要求11-12
• 1.2.3 结构要求12-13
• 1.3 骨支架制备材料与制备技术的研究进展13-19
• 1.3.1 骨支架制备材料13-15
• 1.3.2 骨支架制备技术15-19
• 1.4 多孔陶瓷支架增强补韧方法19-21
• 1.4.1 纤维和晶须增强19
• 1.4.2 纳米颗粒增强19-20
• 1.4.3 复合增强20
• 1.4.4 自增韧20-21
• 1.5 本论文的研究内容和创新点21-23
• 1.5.1 研究思路和创新点21-22
• 1.5.2 研究内容22-23
• 2 激光烧结生物陶瓷的温度场模拟与实验研究23-32
• 2.1 激光烧结生物陶瓷温度场模型23-24
• 2.1.1 物理模型23-24
• 2.1.2 三维有限元模型24
• 2.1.3 瞬态热传导方程24
• 2.2 边界条件处理与载荷的施加24-26
• 2.3 温度场模拟与结果分析26-29
• 2.4 红外热像仪测量烧结温度场29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 3 羟基磷灰石晶须增强多孔陶瓷骨支架的性能研究32-42
• 3.1 HAP晶须增强骨支架的制备与表征33-35
• 3.2 HAP晶须对支架机械性能的影响35-36
• 3.3 HAP晶须对支架微观结构的影响36-39
• 3.4 HAP晶须对支架物相组成的影响39-40
• 3.5 HAP晶须增强骨支架的生物活性40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 4 二氧化硅和氧化镁对支架生物性能与机械性能的影响42-54
• 4.1 掺杂SiO_2和MgO陶瓷支架的设计与制备43-45
• 4.2 掺杂支架机械性能与生物性能测试45-46
• 4.3 SiO_2和MgO对支架物相组成的影响46-47
• 4.4 SiO_2和MgO对支架机械性能的影响47-48
• 4.5 SiO_2和MgO对支架生物学性能的影响48-53
• 4.5.1 对支架生物活性的影响48-50
• 4.5.2 对支架的降解性的影响50-51
• 4.5.3 对支架细胞相容性的影响51-53
• 4.6 本章小结53-54
• 5 磷酸三钙/羟基磷灰石双相陶瓷支架的降解性能研究54-61
• 5.1 TCP/HAP双相陶瓷支架的制备及表征54-55
• 5.2 TCP/HAP双相陶瓷支架的物相组成55-56
• 5.3 TCP/HAP双相陶瓷支架的降解性能56-59
• 5.4 TCP/HAP双相陶瓷支架的细胞相容性59-60
• 5.5 本章小结60-61
• 6 总结与展望61-63
• 6.1 全文总结61-62
• 6.2 研究展望62-63
• 参考文献63-71
• 攻读硕士期间主要的研究成果目录71-73
• 致谢73

【参考文献】

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本文编号：324369