多孔碳酸钙生物陶瓷的制备及表征

发布时间：2017-06-19 02:13

  本文关键词：多孔碳酸钙生物陶瓷的制备及表征，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：骨组织工程为解决由于先天不足、事故等原因造成的骨缺损修复这一难题提供了新的途径。在骨组织工程中，支架材料具有重要作用，它不仅为细胞提供赖以生长、分化和增殖的场所，引导受损组织再生和控制再生组织结构，同时也为损伤部位提供临时支撑作用。珊瑚由于其良好的生物相容性、良好的机械性能以及孔结构与松质骨相似，在人骨损伤修复方面得到了广泛应用。但天然珊瑚由于不同珊瑚性状不稳定以及含有细菌、重金属物质，限制了它在临床上的进一步应用。碳酸钙（CaCO3）作为珊瑚的主要成分，它已经被证明具有良好生物相容性、骨引导性及生物降解性，对于骨损伤修复具有重要作用。本文以碳酸氢钙（Ca(HCO3)2）为原料，采用纤维造孔法与颗粒造孔法制备多孔CaCO3陶瓷支架，以β-Ca2SiO4陶瓷颗粒提高材料抗压强度与生物活性，主要研究内容与结果如下： (1)以Ca(HCO3)2为原料，制备块体CaCO3陶瓷，经过550℃烧结后材料的抗压强度可达39.3MPa。XRD图谱表明材料由方解石相组成，结合甘油-酒精法证实CaCO3没有进一步分解成CaO。通过纤维随机混合法与纤维预粘接法制备多孔CaCO3陶瓷支架，通过控制纤维加入量与排列方式，可以控制支架的开孔率与抗压强度，材料的连通性较好，材料抗压强度符合松质骨的要求。通过MG-63细胞培养实验说明支架具有良好的生物相容性。 (2)颗粒造孔法制备多孔CaCO3陶瓷支架，制备支架具有合适的孔隙率与抗压强度，陶瓷支架大孔之间通过小孔相连通，构成三维网络结构，材料孔连通性良好。通过在支架上接种MG-63细胞，经过6h培养，细胞在支架上黏附良好，培养7d后，细胞大量增殖，说明多孔CaCO3陶瓷支架具有良好的生物相容性。 (3)采用β-Ca2SiO4陶瓷颗粒改性CaCO3陶瓷支架，提高陶瓷的抗压强度与生物活性。首先采用溶胶-凝胶法制备β-Ca2SiO4陶瓷颗粒，，将其与Ca(HCO3)2共混，制备β-Ca2SiO4/CaCO3复合陶瓷支架，发现通过添加β-Ca2SiO4陶瓷颗粒可以提高支架材料的抗压强度。通过浸泡SBF实验发现，添加β-Ca2SiO4陶瓷颗粒可显著提高材料的生物活性。通过观察MG-63细胞在β-Ca2SiO4/CaCO3支架培养4h、6h、6d的黏附与生长情况，说明改性后材料可以促进细胞的黏附，材料的生物相容性良好。 以上结果说明，制备的CaCO3陶瓷支架具有优良的物理性能与生物相容性，该材料有望应用于骨组织工程。
【关键词】：骨组织工程 碳酸钙 多孔陶瓷 β-Ca2SiO4陶瓷颗粒 生物相容性
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318.08
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 插图索引11-13
• 附表索引13-14
• 第1章 绪论14-24
• 1.1 骨组织工程14-16
• 1.1.1 骨组织工程概述14-15
• 1.1.2 骨组织工程原理和方法15-16
• 1.2 骨组织工程支架材料分类16-20
• 1.2.1 金属支架材料17
• 1.2.2 高分子支架材料17-18
• 1.2.3 陶瓷支架材料18-20
• 1.3 生物陶瓷支架制备方法20-21
• 1.4 碳酸钙（CaCO_3）生物陶瓷支架21-22
• 1.4.1 天然珊瑚支架21-22
• 1.4.2 人工合成 CaCO_3陶瓷支架22
• 1.5 β-硅酸二钙（β-Ca_2SiO_4）陶瓷颗粒22-23
• 1.6 研究内容及目的23-24
• 第2章 实验内容和方法24-32
• 2.1 实验原料及设备24-25
• 2.2 实验方法25-26
• 2.2.1 溶胶-凝胶法制备β-Ca_2SiO_4陶瓷颗粒25-26
• 2.2.2 聚乳酸（PLA）纤维的制备26
• 2.2.3 CaCO_3陶瓷的制备26
• 2.3 材料物理性能测试与表征手段26-32
• 2.3.1 抗压强度测试26-27
• 2.3.2 开孔率测量27
• 2.3.3 热重-差示热分析27
• 2.3.4 X 射线衍射分析27
• 2.3.5 甘油-酒精法测量游离氧化钙27-28
• 2.3.6 材料形貌分析28
• 2.3.7 压汞法表征材料的孔径分布28
• 2.3.8 材料的生物学表征28-31
• 2.3.9 材料生物活性检测手段31-32
• 第3章 纤维造孔法制备 CaCO_3陶瓷支架及表征32-43
• 3.1 前言32
• 3.2 块体 CaCO_3陶瓷的制备32-35
• 3.2.1 Ca(HCO_3)_2的热重分析32-33
• 3.2.2 温度对 CaCO_3陶瓷性能的影响33-35
• 3.3 PLA 纤维的制备与表征35-37
• 3.3.1 PLA 的热重分析35-36
• 3.3.2 PLA 纤维的制备与表征36-37
• 3.4 纤维随机混合法制备多孔 CaCO_3陶瓷支架37-38
• 3.4.1 PLA 纤维长度对多孔 CaCO_3陶瓷支架形貌的影响37-38
• 3.4.2 PLA 纤维含量对多孔 CaCO_3陶瓷支架抗压强度的影响38
• 3.5 纤维预粘接法制备多孔 CaCO_3陶瓷支架38-40
• 3.5.1 纤维粘接工艺的选择38
• 3.5.2 不同长度纤维与排列方式对多孔 CaCO_3陶瓷支架性能的影响38-40
• 3.6 多孔 CaCO_3陶瓷支架的生物相容性研究40-42
• 3.6.1 MG-63 细胞在多孔 CaCO_3陶瓷支架的黏附40-41
• 3.6.2 MG-63 细胞在多孔 CaCO_3陶瓷支架的增殖41-42
• 3.7 本章小结42-43
• 第4章 颗粒造孔法制备多孔 CaCO_3陶瓷支架及表征43-50
• 4.1 前言43
• 4.2 颗粒造孔法制备多孔 CaCO_3陶瓷支架与性能表征43-47
• 4.2.1 造孔剂的选择43-44
• 4.2.2 多孔 CaCO_3陶瓷支架的开孔率和抗压强度44-45
• 4.2.3 多孔 CaCO_3陶瓷支架微观形貌45-46
• 4.2.4 压汞法测试材料的孔径分布46-47
• 4.3 多孔 CaCO_3陶瓷支架的生物相容性研究47-49
• 4.3.1 MG-63 细胞在多孔 CaCO_3陶瓷支架的黏附47-48
• 4.3.2 MG-63 细胞在多孔 CaCO_3陶瓷支架的增殖48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 β-Ca_2SiO_4/CaCO_3复合陶瓷支架的制备与表征50-61
• 5.1 前言50
• 5.2 β-Ca_2SiO_4生物活性陶瓷颗粒的制备与表征50-52
• 5.2.1 β-Ca_2SiO_4生物活性陶瓷颗粒的制备50-51
• 5.2.2 β-Ca_2SiO_4生物活性陶瓷颗粒的表征51-52
• 5.3 β-Ca_2SiO_4/CaCO_3复合支架的制备与性能表征52-60
• 5.3.1 添加β-Ca_2SiO_4陶瓷颗粒对 CaCO_3陶瓷抗压强度的影响52-53
• 5.3.2 β-Ca_2SiO_4/CaCO_3复合支架微观形貌53
• 5.3.3 β-Ca_2SiO_4/CaCO_3复合支架生物活性表征53-58
• 5.3.4 β-Ca_2SiO_4/CaCO_3复合支架生物相容性表征58-60
• 5.4 本章小结60-61
• 结论与展望61-63
• 参考文献63-70
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录70-71
• 致谢71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：461350