生物玻璃的陳化時間和硅含量與碳納米纖維復合材料微觀結構及生物礦化性能關聯(lián)機制的研究.pdf

1、碳納米纖維(CNF)基復合雜化材料由于具有較好的生物學性能，能有效模擬天然細胞外基質(zhì)纖維網(wǎng)絡形貌，促進成骨細胞的有效增殖和貼附，是目前所青睞的組織修復材料?；诒緦嶒炇仪捌诘拇罅垦芯抗ぷ鳎疚睦^續(xù)采用溶膠-凝膠法和靜電紡絲相結合的方法，成功制備了生物活性玻璃(BG)摻雜的不同碳源碳納米纖維(CNF)復合材料(CNF/BG)，系統(tǒng)研究了生物玻璃的陳化時間和硅含量與碳納米纖維復合材料微觀結構及生物礦化性能關聯(lián)機制。
　　首先系統(tǒng)研究了

2、BG溶膠前驅體中的硅含量（45S和68S）與CNF/BG復合材料的結構演變及生物學性能的關聯(lián)性。采用光學顯微鏡(OM)，激光粒度分析(LPSA)以及核磁共振分析(CP-NMR)等手段研究表明，相同陳化時間條件下68S的硅網(wǎng)絡連接程度和硅網(wǎng)絡尺寸均大于45S。同時，采用掃描電鏡SEM，X射線衍射(XRD)和透射電鏡(TEM)等手段研究發(fā)現(xiàn)，CNF/BG-45中生物陶瓷主要結晶生成α-硅酸鈣(α-CaSiO3)，而CNF/BG-68中生物陶

3、瓷主要結晶生成β-硅酸鈣(β-CaSiO3)。上述產(chǎn)物晶型差異主要與納米纖維的高溫燒結氣氛及PAN的加入有關。在空氣中，由于PAN中有機物的降解和氧化，兩種CNF/BG中BG均結晶生成β-CaSiO3，而在氮氣中，PAN中有機物質(zhì)有一定殘留。特別是在溶膠-凝膠和預氧化階段，PAN中的C≡N鍵和兩種BG中鈣元素間的不同相互作用對產(chǎn)物晶型有直接影響。此外，生物礦化結果表明含有α-CaSiO3的CNF/BG-45表面HA生長速度和尺寸大小均優(yōu)

4、于含有β-CaSiO3的CNF/BG-68。這歸因于α-CaSiO3三元環(huán)狀的結晶結構相對于β-CaSiO3中鏈狀的結構更容易水解，更有利于促進礦物質(zhì)的沉積和生長。
　　此外，系統(tǒng)探究了BG溶膠前驅體的陳化時間與PVP基碳納米纖維復合材料的結構演變及生物學性能的關聯(lián)性。采用CP-NMR以及LPSA等手段對不同陳化時間（1，3，7天）溶膠-凝膠中硅網(wǎng)絡尺寸和形貌變化進行了探究。結果表明，陳化時間從1天增加到7天，硅網(wǎng)絡的連接程度逐漸

5、增加。同時，硅網(wǎng)絡從陳化1天的松散的，隨機支化的小團簇連接成為陳化3天的完善的溶膠-凝膠網(wǎng)絡，而隨著陳化時間增加到7天，進一步變?yōu)橹旅艿墓杈W(wǎng)絡。在此基礎上，結合SEM、TEM、熱失重(TG)、元素分析(Mapping)和X光電子能譜(XPS)等一系列表征方法對不同陳化時間CNF/BG復合材料中的BG研究發(fā)現(xiàn)，陳化時間越長，CNF表面BG粒子個數(shù)越多，納米纖維中殘存的BG元素含量越少。PVP吡咯烷酮中的羰基和BG中的鈣離子有相互作用，從而