硫酸钙基多孔复合支架材料的制备及其性能研究

发布时间：2017-05-29 06:09

  本文关键词：硫酸钙基多孔复合支架材料的制备及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：骨支架作为骨组织工程的一个重要研究领域,在临床医学上有着广泛的应用。骨支架材料种类繁多,均有其优缺点,能在一定程度上满足要求,但一般都存在诸如降解速率不匹配和生物活性低的缺点。因此,寻找具有良好降解性和生物活性的骨支架材料一直是骨科研究的热点。硫酸钙作为骨支架材料已有较长历史,以往研究表明硫酸钙具有良好的生物相容性、骨传导性、体内能够完全降解、对周围组织没有炎症及异物刺激作用,并且还具有潜在的骨诱导性。然而,硫酸钙也存在一些缺点,这已经限制了其在临床上的应用。由于硫酸钙的生物活性较低,使得它无法在治疗的早期与骨组织发生键合,同时过快的降解速率也影响了它的骨修复效果。本论文选择各方面性能较优的硫酸钙骨支架材料作为基体材料,外加硅酸钠或硅酸钠水溶液(水玻璃),形成硫酸钙基复合支架材料,包括硫酸钙球形颗粒牙槽骨支架材料和硫酸钙基多孔复合支架材料,并对支架材料的制备工艺和相关性能进行了研究。实验的主要研究内容包括以下三个方面： 第一、首先通过蒸压法制备出α-半水硫酸钙粉,再以制备的α-半水硫酸钙粉为原料,通过搅拌法制备硫酸钙球形颗粒。在实验室条件下考察了半水硫酸钙粉末添加量,造球时间以及水玻璃粘接剂浓度对球形颗粒粒径、抗压强度和造球得率的影响,并为制备硫酸钙球形颗粒牙槽骨支架材料提供了基本数据。研究结果：当以去离子水为粘接剂、造球时间均为4min时,随着粉末加料量增加颗粒平均粒径也相应增加,而造球得率和抗压强度没有明显的变化；当粉末加料量为2.0g、以去离子水为粘接剂时,随着造球时间的延长球形颗粒的抗压强度增高,而颗粒粒径和造球得率没有明显的变化,当造球时间达到4min后,抗压强度趋于恒定；当粉末加料量为2.0g,造球时间均为4min时,随着水玻璃粘接剂浓度的提高造球得率下降、抗压强度升高,而颗粒粒径没有明显的变化。 第二、为改善硫酸钙球形颗粒牙槽骨修复材料的生物活性和降解性能,将硅酸钠水玻璃引入该材料中,α-半水硫酸钙为原料,采用搅拌法制备了硫酸钙球形颗粒。采用FT-IR, XRD,SEM表征材料的微观形貌,降解性能和生物活性。研究了水玻璃对材料结构与性能的影响。研究结果：在SBF溶液中,这种改性球形颗粒可以矿化生成大量的类骨磷灰石以及磷酸镁,具有极强的矿化功能,生物活性显著提高；低溶解度的水化硅酸钙凝胶,水玻璃膜对球形颗粒孔隙的填充和晶粒的包裹、粘接及球形颗粒的高矿化性能,使得该球形颗粒在SBF溶液中的生物降解速率远低于未经水玻璃改性的球形颗粒,且水玻璃浓度越大降解速率越低。 第三、为改善硫酸钙多孔支架材料的降解性能和生物活性,将硅酸钠引入到硫酸钙中,α-半水硫酸钙为原料,采用粒子沥出法制备了硫酸钙基多孔复合支架材料。研究了不同含量的造孔剂和硅酸钠对硫酸钙多孔支架的影响。研究结果：随着造孔剂添加量的增大纯硫酸钙多孔支架材料的孔隙率升高、抗压强度急剧减小；纯硫酸钙多孔支架中造孔剂添加量不同时,二水硫酸钙的晶型和尺寸也不同；硫酸钙基多孔复合支架材料中,硅酸钠与一部分α-半水硫酸钙结合生成了硅酸钙和硫酸钠,硅酸钠的添加量越多硅酸钙的生成量也越大,能谱分析表明硫酸钙多孔支架中Si除了与Ca结合形成硅酸钙,其余还形成了二氧化硅凝胶；随着硅酸钠含量提高,多孔复合支架的抗压强度也提高,但当含量达到20%时,抗压强度反而降低；低溶解度的硅酸钙,二氧化硅凝胶膜对硫酸钙多孔支架孔隙的填充和晶粒的包裹、粘接及多孔支架的密排大晶体,使得该多孔复合支架在SBF溶液中的生物降解速率远低于纯硫酸钙多孔支架,且硅酸钠添加量越大降解速率越低。
【关键词】：硫酸钙 硅酸钠 球形颗粒 多孔复合支架材料 生物活性
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB332;R318.08
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 组织工程概述10-12
• 1.1.1 组织工程学的历史10
• 1.1.2 组织工程学科内容10-12
• 1.1.2.1 种子细胞10-11
• 1.1.2.2 细胞支架材料11
• 1.1.2.3 细胞信号分子11
• 1.1.2.4 细胞培养环境11-12
• 1.1.3 组织工程对生物医用支架材料的新要求12
• 1.2 骨组织工程介绍12-16
• 1.2.1 骨组织工程发展历史介绍12-13
• 1.2.2 骨组织工程支架材料介绍13-16
• 1.3 生物活性无机非金属材料16-19
• 1.4 硫酸钙骨支架材料19-21
• 1.4.1 硫酸钙骨支架材料的发展历史19
• 1.4.2 硫酸钙骨支架材料的性能特点19-20
• 1.4.3 硫酸钙骨支架材料的作用机制20-21
• 1.5 课题的提出和本文的研究重点21-24
• 第二章 α-半水硫酸钙粉末造球工艺的研究24-33
• 2.1 实验所用原料24
• 2.2 实验所用仪器和设备24-25
• 2.3 实验方案和技术路线25-26
• 2.4 样品的检测与表征26-28
• 2.4.1 粒径分析26-27
• 2.4.2 造球得率分析27
• 2.4.3 抗压强度测试27-28
• 2.5 研究结果与讨论28-31
• 2.5.1 粉末添加量28-29
• 2.5.2 造球时间29-30
• 2.5.3 粘接剂的浓度30-31
• 2.6 本章小结31-33
• 第三章 硫酸钙球形颗粒牙槽骨支架材料的性能研究33-46
• 3.1 实验所用原料33
• 3.2 实验所用仪器和设备33-34
• 3.3 实验方案和技术路线34-36
• 3.4 样品的检测与表征36-37
• 3.4.1 球形颗粒的表面形貌分析36
• 3.4.2 球形颗粒的物相成分分析36
• 3.4.2.1 X射线衍射分析(XRD)36
• 3.4.2.2 傅立叶转换红外光谱分析(FTIR)36
• 3.4.3 球形颗粒的降解性能分析36-37
• 3.4.3.1 失重率分析36-37
• 3.4.3.2 PH值分析37
• 3.4.4 球形颗粒的生物活性评价37
• 3.5 研究结果与讨论37-45
• 3.5.1 球形颗粒的表面形貌分析37-39
• 3.5.2 球形颗粒的物相成分分析39-40
• 3.5.3 球形颗粒的降解性能分析40-42
• 3.5.4 球形颗粒的生物活性评价42-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第四章 硫酸钙基多孔复合支架材料的制备及其性能研究46-60
• 4.1 实验所用原料46
• 4.2 实验所用仪器和设备46-47
• 4.3 实验方案和技术路线47-48
• 4.4 样品的检测与表征48-49
• 4.4.1 微观结构分析48
• 4.4.2 物相组成分析48-49
• 4.4.3 力学性能分析49
• 4.4.4 孔隙率分析49
• 4.5 研究结果与讨论49-58
• 4.5.1 不同含量的造孔剂对硫酸钙多孔支架的影响49-54
• 4.5.2 不同含量的硅酸钠对硫酸钙多孔支架的影响54-58
• 4.6 本章小结58-60
• 第五章 结论与展望60-62
• 5.1 结论60-61
• 5.2 展望61-62
• 致谢62-64
• 参考文献64-70
• 附录A70-71
• 附录B71-73

【参考文献】

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本文编号：404298