明膠-CaO-SiO-,2--TiO-,2-生物活性材料的制備與研究.pdf

1、與其它復(fù)合材料相比，有機(jī)-無機(jī)雜化生物材料是應(yīng)用研究最為廣泛的一類，其主要用途在于修復(fù)和重建人體的硬組織，作為骨修復(fù)或骨固定材料來使用。有機(jī)-無機(jī)雜化生物材料結(jié)合了有機(jī)組分的柔韌性和無機(jī)組分的剛性，充分利用了無機(jī)組分或部分有機(jī)組分的生物活性或降解性能，形成了具有綜合使用性能的骨修復(fù)復(fù)合材料。 實驗以明膠(Gelatin)、γ-環(huán)氧丙基氧丙基三甲氧基硅烷(GPSM)、鈦酸異丙酯(TiPT)及四水合硝酸鈣(Ca(NO<,3>)<,2

2、>·4H<,2>O)為原料，采用溶膠-凝膠法制備明膠．CaO-SiO<,2>-TiO<,2>有機(jī)-無機(jī)雜化材料。無機(jī)系統(tǒng)為材料提供化學(xué)穩(wěn)定性、生物活性和機(jī)械強(qiáng)度，明膠則可以使材料具有一定的韌性和生物降解性。 明膠-CaO-SiO<,2>-TiO<,2>雜化材料的結(jié)構(gòu)特點是由明膠通過其氨基酸的端基與硅烷水解開環(huán)后的端基相連，而硅烷的另一端則經(jīng)過水解縮聚反應(yīng)與鈦酸異丙酯水解縮聚后形成無機(jī)網(wǎng)絡(luò)，Ca<'2+>離子以離子鍵與無機(jī)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)

3、合，材料呈非晶態(tài)，具有微孔結(jié)構(gòu)。 明膠-CaO-SiO<,2>-TiO<,2>雜化材料具有較高的生物活性，在模擬體液中一周內(nèi)就有數(shù)量較多的羥基磷灰石晶體析出。借助XRD、SEM和EDS分析得出，鈣含量的增加提高了材料在模擬體液中表面生成磷灰石的能力，經(jīng)過對材料的生物活性機(jī)理的討論，得出了合理的解釋，在模擬體液中Ca<'2+>離子與H<,3>O<'+>離子發(fā)生交換反應(yīng)是羥基磷灰石成核的關(guān)鍵，所以鈣含量的增加有利于提高材料的生物活性

4、。鈦含量對生物活性的影響較復(fù)雜，鈦含量的增加一方面提供了促進(jìn)磷灰石成核的Ti-OH基團(tuán)，另一方面又降低了材料的比表面積從而減少了磷灰石的成核位置。明膠-CaO-SiO<,2>-TiO<,2>雜化材料具備一定的生物降解性。通過測定材料在Tris緩沖液中隨時間的質(zhì)量損失并對其進(jìn)行分析得出，明膠相對含量越高的材料降解速度越快，明膠是決定材料降解速度的關(guān)鍵因素。經(jīng)過討論得出，材料的降解性與明膠的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有關(guān)。 明膠-CaO-SiO<,

5、2>-TiO<,2>雜化材料顯示較高的彎曲強(qiáng)度、低的彈性模量及一定的柔韌性。通過對材料力學(xué)性能的測試，分析了鈦含量、GPSM含量對材料斷裂應(yīng)力、應(yīng)變及彈性模量的影響。鈦含量的增加使材料的彎曲強(qiáng)度增加，斷裂應(yīng)變減小，相應(yīng)的彈性模量增大。GPSM含量的減少、明膠相對含量的增加則使材料的斷裂應(yīng)變有顯著的提高，從而降低了材料的彈性模量，提高了材料的柔韌性。適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)鈦含量及GPSM與明膠的相對含量可以得到與人體松質(zhì)骨類似力學(xué)性能的雜化材料。