仿生合成骨組織工程支架生物材料的研究.pdf

1、多孔骨組織工程支架材料是為解決臨床骨移植材料匱乏發(fā)展而來的人工合成材料，主要包括：醫(yī)用高分子材料，鈦和鈦合金材料，生物陶瓷材料。能夠用于骨組織工程支架的生物材料應(yīng)具有生物相容性、生物降解性、骨傳導(dǎo)性、骨誘導(dǎo)性，以及相應(yīng)的力學(xué)性能。植入技術(shù)的主要挑戰(zhàn)是發(fā)展新一代的輕型植入材料，該材料應(yīng)有高的力學(xué)性能、抗磨性和更好的生物活性。生物形態(tài)多孔SiC陶瓷和SiC/Si3N4復(fù)合陶瓷具有類似骨骼的孔結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性，因此有望成為一種新的具有很好生物響

2、應(yīng)的骨替代材料。本文通過溶膠凝膠法制備生物玻璃粉體，研究熱處理?xiàng)l件對(duì)生物形態(tài)45S5玻璃粉體轉(zhuǎn)變過程中物相、化學(xué)成分的影響；通過生物模板法制備多孔SiC/Si3N4木材陶瓷，研究制備工藝對(duì)多孔陶瓷微觀形貌、孔隙率、密度和力學(xué)性能以及抗氧化性能的影響。將SiC陶瓷浸泡在模擬體液(SBF)中生長(zhǎng)羥基磷酸鈣，研究不同濃度模擬體液和不同培養(yǎng)時(shí)間對(duì)SiC陶瓷生物相容性的影響。
　　 以正硅酸乙酯(TEOS)、磷酸三乙酯、硝酸鈣、硝酸鈉為原

3、料，采用溶膠凝膠法制備納米45S5生物玻璃粉體。結(jié)果表明：45S5凝膠在750℃～1050℃的熱處理溫度下發(fā)生晶化，950℃所得生物形態(tài)45S5玻璃粉體的主晶相為六方Na2Ca2Si3O9，次級(jí)晶相為斜方CaSiO3和NaCaPO4；利用謝樂公式計(jì)算生物玻璃粉體的粒徑，斜方磷酸鹽粒度達(dá)到42nm左右，六方硅酸鹽粒度達(dá)到33nm，證明成功制備了納米級(jí)生物玻璃粉體；通過紅外譜圖進(jìn)一步證明了XRD圖的結(jié)果：隨著燒結(jié)溫度的上升，硝酸鹽和無定形磷

4、酸鹽的紅外吸收峰逐漸消失，在950℃時(shí)主晶相硅酸鹽吸收峰急劇加強(qiáng)。
　　 以櫸木木炭為生物模板，結(jié)合液相滲硅工藝(LSIP)和硅的氮化工藝制備了生物形貌、針狀β-Si3N4晶粒增強(qiáng)的多孔SiC/Si3N4復(fù)相陶瓷。通過XRD、SEM等技術(shù)手段研究材料的物相結(jié)構(gòu)和微觀組織形貌。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：木材經(jīng)碳化后形成高度遺傳木材結(jié)構(gòu)的生物碳模板，經(jīng)熔融滲硅、排硅、1400-1500℃流動(dòng)氮?dú)鈿夥障碌療Y(jié)，得到了氣孔率為28%的生物形貌多孔

5、Si3N4/SiC復(fù)相陶瓷，主要物相組成為SiC和β-Si3N4。由于將殘余硅轉(zhuǎn)化成纖維狀形貌的β-Si3N4晶粒，起到了強(qiáng)化作用，使多孔SiC/Si3N4復(fù)相陶瓷的平均軸向和徑向強(qiáng)度提高到了180.03MPa和90MPa。通過非等溫?zé)嶂胤治鰞x(TG-DTA)研究了材料的抗氧化性能，表明氮化試樣的抗氧化性能明顯改善。
　　 以液相滲硅法制備的生物形態(tài)多孔SiC陶瓷為基體，配制1.0倍與1.5倍的模擬體液，在體系溫度為36.5±1

6、.5℃的環(huán)境中，將SiC陶瓷樣品分別浸泡于不同濃度的模擬體液(SBF)中生長(zhǎng)羥基磷酸鈣。研究不同的工藝參數(shù)(SBF濃度，浸泡時(shí)間等)對(duì)在多孔陶瓷骨架上生長(zhǎng)羥基磷酸鈣的影響，實(shí)驗(yàn)證明多孔SiC陶瓷的表面及孔隙內(nèi)部生長(zhǎng)出羥基磷灰石物質(zhì)。隨著培養(yǎng)時(shí)間的變化，磷灰石從孔隙內(nèi)部延伸至材料表面，生長(zhǎng)的羥基磷灰石由顆粒狀成為連接的絮狀：隨著模擬體液濃度的變化，羥基磷灰石生長(zhǎng)的面積擴(kuò)大，形態(tài)由分散的顆粒狀成為片狀，粒徑由2～5μm增加至5～15μm倍。