生物醫(yī)用(HA+β-TCP)-Mg-Ca復(fù)合材料的制備與性能表征.pdf

1、鎂合金和磷酸鈣陶瓷(HA、β-TCP)都是理想的骨組織替換材料。但鎂合金的主要局限是降解速度太快，HA+β-TCP的低強(qiáng)度和低韌性也使其在骨修復(fù)方面的應(yīng)用受到限制。本文旨在結(jié)合二者的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建Mg-1Ca(后面都簡(jiǎn)寫(xiě)為Mg-Ca)合金與HA+β-TCP復(fù)合材料體系，實(shí)現(xiàn)性能上的相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，為設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)新型生物醫(yī)用骨組織工程材料提供理論和試驗(yàn)依據(jù)。
　　 本文采用液相沉淀法合成了β-TCP和HA粉末，再以聚氨酯泡沫為模板，采用有

2、機(jī)泡沫浸漬法制備了多孔陶瓷(β-TCP、35HA+β-TCP、60HA+β-TCP、85HA+β-TCP和HA)。然后利用自制的真空吸鑄儀，將Mg-Ca合金吸入多孔陶瓷中制備鎂合金基復(fù)合材料體系(β-TCP/Mg-Ca、(35HA+β-TCP)/Mg-Ca、(60HA+β-TCP)/Mg-Ca、(85HA+β-TCP)/Mg-Ca、HA/Mg-Ca)。采用帶能譜儀的掃描電鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、材

3、料萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、電化學(xué)工作站和體外浸泡實(shí)驗(yàn)等分析測(cè)試方法，對(duì)β-TCP、HA粉末，多孔陶瓷、鎂鈣合金和復(fù)合材料的相組成、微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能及耐腐蝕性能進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：煅燒后得到的β-TCP和HA粉末是單相，HA粉末的分散性?xún)?yōu)于β-TCP粉末的。多孔陶瓷在燒結(jié)過(guò)程中聚氨酯泡沫、分散劑、粘結(jié)劑分解完全，同時(shí)β-TCP、HA也未發(fā)生相的轉(zhuǎn)變。制備的多孔陶瓷具有三維通孔結(jié)構(gòu)，孔隙率在90％以上。多孔β-TCP、3SHA+β-TCP、60H

4、A+β-TCP、85HA+β-TCP的最終壓縮強(qiáng)度大約為0.05MPa，而多孔HA的強(qiáng)度為0.08MPa左右。隨著多孔陶瓷浸泡時(shí)間的增加，SBF溶液中Ca2+離子和P的濃度逐漸降低。浸泡10天和20天后，多孔β-TCP表面有新相HA生成。而多孔HA+β-TCP未發(fā)生顯著降解。Mg-Ca合金基體主要由Mg和Mg2Ca組成，復(fù)合材料的主要相組成為Mg、Mg2Ca、β-TCP和HA。Mg-Ca合金基體的最終壓縮強(qiáng)度大約為240MPa。β-TC

5、P/Mg-Ca、(35HA+β-TCP)/Mg-Ca、(60HA+β-TCP)/Mg-Ca、(85HA+β-TCP)/Mg-Ca和HA/Mg-Ca復(fù)合材料的最終壓縮強(qiáng)度分別為107±13MPa、130±17MPa、79±22 MPa、97±23 MPa和68±25MPa。對(duì)比可以看出：當(dāng)鎂合金與多孔陶瓷復(fù)合后，復(fù)合材料的強(qiáng)度不及基體強(qiáng)度，但比多孔陶瓷的強(qiáng)度高很多。Mg-Ca合金基體的腐蝕電位(-1.89V)是最負(fù)的，同時(shí)，與5種復(fù)合材料

6、相比，Mg-Ca合金的腐蝕電流是最大的(634.52μA/cm2)，這表明復(fù)合材料的抗腐蝕性能好于基體的。復(fù)合材料表面形成的多相保護(hù)性腐蝕產(chǎn)物層可能是使其耐腐蝕性能提高的主要原因。SBF溶液中浸泡10天和20天后，Mg-Ca合金表面的腐蝕產(chǎn)物主要是Mg(OH)2，而復(fù)合材料的主要腐蝕產(chǎn)物為Mg(OH)2、Ca2(PO4)3和HA。而且在整個(gè)浸泡過(guò)程中，復(fù)合材料中鎂合金不斷溶解，但多孔陶瓷支架仍然存在，這種多孔結(jié)構(gòu)可以為細(xì)胞的增值和分化提