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钙磷体系多孔生物玻璃陶瓷支架的降解性能和表面改性

作　者: 李许东
导　师: 蔡舒
学　校: 天津大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 钙磷生物玻璃陶瓷 锶掺杂 Ca4P6O19 溶解性 表面改性
分类号: R318.08
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


钙磷生物玻璃陶瓷材料作为理想的骨组织替代和药物载体材料,不仅是因为其化学组成与骨无机相类似,更是因为在其植入人体后能够完全降解,被新生骨组织所替代。而且为满足其最终应用,可以通过改变化学组成、热处理温度,控制析晶相来调整其溶解性。本文以溶胶凝胶法制备的CaO-P2O5-Na2O-SrO-MgO-HA生物玻璃陶瓷粉末为粉料,采用有机泡沫浸渍法制备多孔支架材料,并在不同pH值（1.0、3.0、10.0）下对玻璃陶瓷支架材料进行表面改性。通过XRD、SEM、离子浓度、降解性能及细胞实验,研究HA前驱体的加入对玻璃陶瓷析晶、微观形貌的影响,以及热处理温度对支架力学性能的影响。并在模拟体液（SBF）中评价玻璃陶瓷支架的降解性能和pH值对表面改性的效果,考察表面改性对细胞黏附的影响。实验结果表明,HA前驱体的加入,一方面与β-Ca2P2O7在热处理过程中发生反应,生成主晶相Ca4P6O19,另一方面作为成核剂,可诱导Ca7Sr3（PO4）6（OH）2新相的生成,促进锶元素进入Ca4P6O19的晶格。在支架的气孔率为72.8%时,其抗压强度最高达8.46 MPa,基本满足松质骨的承载要求。锶进入Ca4P6O19晶格,极大地提高了析晶相的溶解性;同时由于Ca7Sr3（PO4）6（OH）2的溶解,为磷灰石的析出提供了成核位点,极大地提高了材料的生物活性。经pH 3.0、10.0改性后,在材料表面分别生成新的CaP2O6层、非晶态Ca3（PO4）2·nH2O层,不但提高了支架表面的粗糙度,而且能够促进磷灰石层的形成,提高支架材料在SBF中的降解性能,以经pH 10.0改性的效果更为显著。细胞实验表明该体系玻璃陶瓷支架具有良好的生物活性,其主晶相Ca4P6O19具有良好的生物相容性,经pH 10.0改性能显著提供支架对细胞的黏附。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-23
  1.1 生物活性材料  8-10
    1.1.1 CaO-P_2O_5-SiO_2-ZnO系生物玻璃  9
    1.1.2 CaO-P_2O_5-SiO_2-MgO系多孔玻璃陶瓷支架  9
    1.1.3 CaO-SiO_2-MgO系多孔玻璃陶瓷支架  9-10
    1.1.4 CaO-P_2O_5-SiO_2 /α-壳聚糖系多孔玻璃陶瓷支架  10
  1.2 可吸收性生物材料  10-17
    1.2.1 羟基磷灰石体系多孔支架材料  10-12
    1.2.2 磷酸三钙体系多孔支架材料  12-13
    1.2.3 HA/β-TCP体系多孔支架材料  13-14
    1.2.4 CaO-P_2O_5-Na_20体系生物玻璃或玻璃陶瓷材料  14-17
  1.3 生物惰性材料  17
  1.4 影响CaO-P_2O_5-Na_20体系生物玻璃陶瓷活性的因素  17-19
  1.5 多孔材料的制备方法  19-21
    1.5.1 添加造孔剂法  19
    1.5.2 有机泡沫浸渍法  19-20
    1.5.3 发泡法  20
    1.5.4 溶胶凝胶法  20-21
    1.5.5 冷冻干燥法  21
  1.6 本课题的研究目的  21-23
第二章 实验部分  23-29
  2.1 实验药品及设备  23-24
    2.1.1 实验药品  23-24
    2.1.2 实验设备  24
  2.2 实验过程  24-27
    2.2.1 生物玻璃陶瓷粉的制备  24-25
    2.2.2 多孔玻璃陶瓷支架的制备  25-26
    2.2.3 多孔玻璃陶瓷支架的表面改性  26
    2.2.4 多孔玻璃陶瓷支架的降解实验  26-27
    2.2.5 多孔玻璃陶瓷支架的体外细胞活性实验  27
  2.3 材料表征方法  27-29
    2.3.1 X射线衍射（XRD）  27
    2.3.2 热分析（DSC-TG）  27-28
    2.3.3 扫描电镜（SEM）  28
    2.3.4 多孔支架孔隙率的测定  28
    2.3.5 抗压强度的测定  28-29
第三章 多孔生物玻璃陶瓷的析晶和降解性能  29-45
  3.1 溶胶凝胶化机理及工艺研究  29-30
  3.2 HA前驱体对玻璃陶瓷析晶相的影响  30-33
  3.3 HA前驱体对玻璃陶瓷微观形貌的影响  33-35
  3.4 不同热处理温度下玻璃陶瓷的微观形貌  35-37
  3.5 不同热处理温度下玻璃陶瓷支架的力学性能  37-39
  3.6 多孔生物玻璃陶瓷支架的降解性能  39-43
  3.7 总结  43-45
第四章 表面改性对玻璃陶瓷支架降解性能、细胞活性的影响  45-54
  4.1 多孔支架的表面改性  45-51
    4.1.1 pH值对表面改性的影响  45-48
    4.1.2 表面改性对玻璃陶瓷支架降解性能的影响  48-51
    4.1.3 小结  51
  4.2 表面改性对玻璃陶瓷支架细胞活性的影响  51-53
  4.3 总结  53-54
第五章 结论  54-55
参考文献  55-61
发表论文和参加科研情况说明  61-62
致谢  62

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中图分类: > 医药、卫生 > 基础医学 > 医用一般科学 > 生物医学工程 > 一般性问题 > 生物材料学
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